1、天津職業大學八路搶答器電路設計報告學院:電子信息工程學院專業:應用電子技術班級:電子1班姓名:吳凡 樊德帥指導教師:李新2014年6月30日一、課程設計的內容 設計一個8位數字搶答器。二、課程設計的要求與數據設計要求包括：1. 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 S7表示。 2. 設置一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。 3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。 4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如,30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。 5.

2、 參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。 6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統通過一個指示燈報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。三、課程設計應完成的工作1. 利用各種電子器件設計8位數字搶答器； 2. 利用DE2板對所設計的電路進行驗證； 3. 總結電路設計結果，撰寫課程設計報告。四、應收集的資料及主要參考文獻1 陳永浦. 數字電路基礎及快速識圖M. 人民郵電出版社, 2006. 275-277.2 侯建軍. 數字電路實驗一體化教程M. 北京 清華大學出版社, 2005. 773 范文兵.

3、數字電子技術基礎M. 北京 清華大學出版社, 2008.1 設計任務目的及要求1.1 設計目的通過課程設計，對數字邏輯的基本內容有進一步的了解，特別是時序邏輯電路的設計。能把上學期學到的數字邏輯理論知識進行實踐，操作。在提高動手能力的同時對常用的集成芯片有一定的了解，在電路設計方面有感性的認識。而且在進行電路設計的時候遇到問題，通過獨立的思考有利于提高解決問題的能力。在經過課程設計后，更明白數字邏輯電路設計的一般方法，以及在遇到困難怎么排除問題。1.2 設計要求 我選擇的課程任務是設計一個8位數字搶答器。 設計要求包括： 1. 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 S7表示

4、。 2. 設置一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。 3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。 4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如,30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。 5. 參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。 6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統通過一個指示燈報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。2 工作原理及設計方案 搶答器是為競賽參賽者答題時進行搶答而設

5、計的一種優先判決器電路，競賽者可以分為若干組，搶答時各組對主持人提出的問題要在最短的時間內做出判斷，并按下搶答按鍵回答問題。當第一個人按下按鍵后，則在顯示器上顯示該組的號碼，同時電路將其他各組按鍵封鎖，使其不起作用。回答完問題后，由主持人將所有按鍵恢復，重新開始下一輪搶答。搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間可以由主持人設定（如,30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。 參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統通過一個指示燈報警并禁止搶答，定時顯示器上

6、顯示00。因此要完成搶答器的邏輯功能，該電路至少應包括輸入開關、數字顯示、判別組控制以及組號鎖存等部分。2.1 原理框圖 圖一 原理框圖2.2 設計思路 1. 搶答器供8名選手比賽，分別用8個按鈕S0 S7表示。這個功能只需要通過管腳分配把按鈕分配到實驗版上的撥動開SW0到SW7關，讓每個選手撥動開關后產生相應的信號就可以了。不同的選手撥動按鈕發出信號通過74LS148編碼器進行編碼，編碼后輸出信號進行下一步的譯碼和鎖存。 2. 設置一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。在這里首先通過管腳分配把開關S分配到相應一個撥動開關，這個就是開關SW16。該開關聯系到一個相應的線路，這個線路

7、通過與非門連接其他信號，從而達到清零的功能。 3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。74LS373具有鎖存功能，可以在一個選手按下按鈕后進行鎖存，其他的選手不能在搶答。鎖存相應的編號時，由于編碼器編的是從0到7，如果0號選手搶答，與清零的時候可能造成混淆，所以要加上加法器，對編碼器的0到7都加上1。加法器是用74LS83這樣在后面的74LS47譯碼器上就可以顯示1到8的號碼。 4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如,30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。74LS192具有減法功能

8、，通過使用74LS192可以對設定的時間進行自減。只需要給定74LS192秒脈沖就可以。同時74LS192結合74LS47可以對所設定的搶答時間和選手搶答的時間顯示出來。 5. 參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。選手進行搶答，通過編碼器，鎖存器，加法器，譯碼器，顯示出來。當某個選手搶答有效，通過74LS148編碼器的GSN端口連接到控制清零端的與非門就可以進行禁止其他選手的搶答，同時把該選手的號碼顯示在數碼管上，同時通過74LS148編碼器的GSN端口可以停止74LS192的脈沖，從而讓脈沖停止，達到顯示

9、搶答時間的效果。 6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統通過一個指示燈報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。當時間到的時候，減法器74LS192的十位的LDN端口發出一個高電平，在這個端口上連接上一個顯示燈，作為報警用。同時減法器74LS192的十位的BON端口會發出一個低電平，可以連接到脈沖上，讓脈沖停止，數碼管上顯示的是00.2.3 設計流程圖圖二 流程圖2.4 設計方案 整體的電路可以分為兩部分，一個是搶答電路，第二部分是定時，報警電路。 1 .搶答的部分：搶答器供8名選手比賽，分別用8個按鈕S0 S7表示。通過管腳分配把按鈕分配到實驗版上的撥動開SW0到SW7關，讓每個選

10、手撥動開關后產生相應的信號。不同的選手撥動按鈕發出信號通過74LS148編碼器進行編碼，編碼后輸出信號進行下一步的譯碼和鎖存。設置一個系統清除和搶答控制開關S，開關由主持人控制。通過管腳分配把開關S分配到相應一個撥動開關SW16。該開關聯系到一個相應的線路，這個線路通過與非門連接其他信號，從而達到清零的功能。搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。74LS373具有鎖存功能，可以在一個選手按下按鈕后進行鎖存，其他的選手不能在在有選手搶答后再進行搶答。鎖存相應的編號時，由于編碼器編的是從0到7，如果0號選手搶答，與清零的時候

11、可能造成混淆，所以要加上加法器，對編碼器的0到7都加上1。加法器是使用用74LS83，加1后在就可以在數碼顯示管上顯示1到8的號碼。 2. 定時搶答功能，和報警部分：一次搶答的時間由主持人設定（如,30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。74LS192具有減法功能，通過使用74LS192可以對設定的時間進行自減。74LS192進行工作的時候需要給定秒脈沖。同時74LS192結合74LS47可以對所設定的搶答時間和選手搶答的時間顯示出來。參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。選手進行搶答，通過編碼器，

12、鎖存器，加法器，譯碼器，顯示出來。當某個選手搶答有效，通過74LS148編碼器的GSN端口連接到控制清零端的與非門就可以進行禁止其他選手的搶答，同時把該選手的號碼顯示在數碼管上，同時通過74LS148編碼器的GSN端口可以停止74LS192的脈沖，從而讓脈沖停止，達到顯示搶答時間的效果。若定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統通過一個指示燈報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。當時間到的時候，減法器74LS192的十位的LDN端口發出一個高電平，在這個端口上連接上一個顯示燈，作為報警用。同時減法器74LS192的十位的BON端口會發出一個低電平，可以連接到脈沖上，讓脈沖停止輸到加法器上，那

13、么數碼管顯示的是00。3 單元電路設計與實現整個電路分為編碼單元，鎖存單元，加法器單元，設定搶答時間單元，和譯碼單元五個部分。3.1 編碼單元在選手按動按鈕后，發出相應的信號。使用74LS148對信號進行編碼，優先判決器是由74LS148集成優先編碼器等組成。該編碼器有8個信號輸入端，3個二進制碼輸出端，輸入使能端EI，輸出使能端EO和優先編碼工作狀態標志GS。其功能表如表5.24.1所示。從功能表中可以看出當EI“0”時，編碼器工作，而當EI“1”時，則不論8個輸入端為何種狀態，輸出端均為“1”，且GS端和EO端為“1”，編碼器處于非工作狀態,這種情況被稱為輸入低電平有效。圖3 優先編碼器7

14、4LS148功能表輸 入輸 出EI I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7A2 A1 A0 GS EO1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 00 00 0 0 0 10 0 10 0 1 0 10 0 1 10 1 0 0 10 0 1 1 10 1 1 0 10 0 1 1 1 11 0 0 0 10 0 1 1 1 1 11 0 1 0 10 0 1 1 1 1 1 11 1 0 0 10 0 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 1（表中代表任意狀態） 由74LS148集成優先編碼器組成的優先判決器如圖所示，當搶答開關S1S7中的一個按下時，

15、編碼器輸出相應按鍵對應的二進制代碼，低電平有效。編碼器輸出AOA2、工作狀態標志GS作為鎖存器電路的輸入信號，而輸入使能端EI端應和鎖存器電路的Q0端相聯接，目的是為了在EI端為“1”時鎖定編碼器的輸入電路，使其它輸入開關不起作用。具體實現電路為：圖四 編碼單元3.2 鎖存單元 74LS373功能表：E G D Q L H H H L H L L L L X Q 上表是74LS373的真值表，表中： L低電平； H高電平； X不定態； Q0建立穩態前Q的電平； G輸入端，與8031ALE連高電平：暢通無阻低電平：關門鎖存。 OE使能端，接地。 當G=“1”時，74LS373輸出端1Q8Q與輸入

16、端1D8D相同； 當G為下降沿時，將輸入數據鎖存。 那么按照實驗的要求，編碼器的輸入就只有三個，因此只用到Q1到Q3，而Q4接上74LS148的GSN，再和74LS373的輸出D4通過與非門連接起來，輸到74LS373的G端口。從而達到鎖存的目的。具體電路圖為：圖五 鎖存單元3.3 加法器單元由于選手輸入的是0到7，所以要每個都加上1，讓數碼管顯示的是1到8，因此要使用加法器。加法器的真值表為：A1A3 B1B3 A2A4 B2B4 | S1S3 S2S4 C2C4 | S1S3 S2S4C2C4L L L L | L L L | H L LH L L L | H L L | L H LL H

17、 L L | H L L | L H LH H L L | L H L | H H LL L H L | L H L | H H LH L H L | H H L | L L HL H H L | H H L | L L HH H H L | L L H | H L HL L L H | L H L | H H LH L L H | H H L | L L HL H L H | H H L | L L HH H L H | L L H | H L HL L H H | L L H | H L HH L H H | H L H | L H HL H H H | H L H | L H HH H

18、H H | L H H | H H H因此要使加法器加上1，那么，令74LS83的A1，A2，A3對應74LS373的Q1,Q2,Q3作為輸入的數據，而B1,B2,B3,B4,A4則接地。具體的電路圖為：圖六 加法單元3.4 譯碼單元4 實驗結果 按照設計時的思路，把電路圖連接好。經過改錯，編譯，分配管腳，然后就可以看到實驗結果。我的管腳分配為：SW0到SW7為選手的編號，分別為1到8。SW8到SW11為設定搶答時間的個位，SW12到SW15是設定搶答時間的十位。SW16為設定搶答時間的置位端。SW17為開始鍵。實驗結果為： 主持人先按下置位端，就可以設定搶答時間，按照個位和十位的撥動開關設定

19、，在對應的數碼管上可以看到相應的搶答時間。然后主持人就可以按下開關讓選手搶答，這時候搶答時間開始自減，在這個時間內，如果有選手搶答，數碼管上會顯示相應的選手號，在這個時候，如果有其他的選手也按下了搶答按鈕，顯示器不會顯示。如果在搶答時間內沒有人搶答，顯示搶答時間的數碼管就會顯示00，而且有報警燈閃。當主持人要進行下一輪的搶答，可以撥動開關SW16作為清零，重新開始搶答。綜上所述，實驗結果符合實驗任務的要求。5 總結 本課程設計基本完成了老師的要求，能夠實現全部的功能。能八路搶答，能定時搶答，也能報警，清零。 在進行實驗的時候，遇到不少的問題。一開始不知道該使用什么芯片去做實驗，只能研究老師發的Quartus II中的宏模塊，熟悉芯片的功能，同時去圖書館借有關書籍，看看哪些芯片能達到編碼，譯碼，鎖存等，以及重新溫習了上個學期的數字邏輯書本。經過資料的搜集，基本確定了用哪類芯片達到哪類功能。然后就研究電路圖，仔細對照真值表連接電路圖，并畫好電路圖草稿。畫好電路圖后，到實驗室上機，一開始在電腦上畫好電路圖后