電子學課程設計報告題目 四路搶答器電路的設計與制作目錄1.課程設計的性質、目的和任務 -2-TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"設計課題要求 -3-\o"CurrentDocument"2.1課程設計基本要求 -3-\o"CurrentDocument"2.2四路搶答器設計與制作 -3-2.2.1設計要求 -3-\o"CurrentDocument"設計的內容、電路原理和詳細的設計過程 -3-\o"CurrentDocument"3.1總設計思路 -3-\o"CurrentDocument"3.2各模塊設計 -3-3.2.1搶答互鎖模塊 -3-3.2.1.1設計內容 -3-3.2.1.2生成模塊與仿真波形 -4-3.2.2計時模塊 -5-3.2.2.1設計內容 -5-3.2.2.2生成模塊與仿真波形 -6-3.2.3蜂鳴器模塊 -6-3.2.3.1設計內容 -6-3.2.3.2生成模塊 -6-3.2.4加減分模塊 -7-3.2.4.1設計內容 -7-3.2.4.2生成模塊與仿真波形 -9-3.2.4.3加減分控制模塊 -9-3.2.4.4加減分控制生成模塊 -10-3.2.5顯示模塊 -11-3.2.5.1設計內容 -11-3.2.5.2生成模塊與仿真波形 -12-3.2.5.3轉換模塊 -12-3.2.5.4轉換模塊生成模塊 -13-3.2.6防抖模塊 -13-3.2.6.1設計內容 -13-3.2.6.2生成模塊 -14-\o"CurrentDocument"總設計圖 -16-調試中遇到的問題及解決的方法 -17-體會、感想 -17-\o"CurrentDocument"7.參考文獻 -17-.課程設計的性質、目的和任務創新精神和實踐能力二者之中，實踐能力是基礎和根本。這是由于創新基于實踐、源于實踐，實踐出真知，實踐檢驗真理。實踐活動是創新的源泉，也是人才成長的必由之路。通過課程設計的鍛煉，要求學生掌握電路的一般設計方法，具備初步的獨立設計能力，提高綜合運用所學的理論知識獨立分析和解決問題的能力，培養學生的創新精神。.設計課題要求2.1課程設計基本要求掌握現代大規模集成數字邏輯電路的應用設計方法，進一步掌握電子儀器的正確使用方法，以及掌握利用計算機進行電子設計自動化(EDA)的基本方法。2.2四路搶答器設計與制作2.2.1設計要求設計一個四路搶答器。搶答器必須具有互鎖功能，同時搶答時每次只能有一個輸出有效。同時，搶答時具有計時功能，限定選手的答題時間，在接近規定時間時進行提示，達到規定時間發出終止音。主持人可控制加分或減分。.設計的內容、電路原理和詳細的設計過程3.1總設計思路由題目要求可知，可將搶答器分成七個模塊來實現：搶答互鎖模塊，計時模塊，加減分模塊，蜂鳴器模塊，顯示模塊、分頻模塊、防抖模塊。七個開關鍵，K1用于主持人復位重新搶答，K2用于給選手加分，K3用于減分，K4?K7用于4個選手搶答。D1用于顯示選手剩余答題時間，D2用于顯示搶到題目的選手數碼管D3?D6分別用于顯示選手得分。蜂鳴器用于提示答題時間快到和答題時間終止。3.2各模塊設計3.2.1搶答互鎖模塊3.2.1.1設計內容搶答互鎖模塊要實現的功能是：讓選手進行搶答，必須具有互鎖功能，幾個選手同時搶答時每次只能有一個輸出有效。本模塊選取74161和或門實現搶答互鎖功能。電路圖如下:

74161"印布 ?=S'"印布 ?=S'”…姬jjt'T..:phyeri | 、： I陛T，：：. . ； Players | 、： I腿*T，. . Pl3yer4 | 、>『職*T :LDNABQACQBDQCENTQDENPRCOCLRNCLKlistCOUNTER圖1搶答互鎖電路當K1為低電平時，搶答器復位，QA、QB、QC、QD為低電平，沒人選中，LDN為低電平。當K1為高電平時，搶答開始。當無人搶答時，player1~player4為低電平，LDN為低電平，CLK端輸入時鐘信號上升沿有效，74161工作在置數狀態。假如選手1先搶答，則當CLK上升沿到達時，QA變為高電平，LDN變為高電平，74161工作在保持狀態，此時若其他選手再搶答，則搶答無效。主持人控制K1，當一輪搶答結束時用于復位，開始下一輪搶答。若四人“同時”按下搶答開關，由于相對于4M晶振來說，仍有很長的先后順序。所以通過電路互鎖功能，只有一位選手的信號被選中3.2.1.2生成模塊與仿真波形kongzhiplayerlIed1:player2Ied2player3Ied3player4L--1Ied4■K1elk\instB圖2搶答互鎖模塊圖3搶答互鎖模塊波形仿真結果滿足設計要求。3.2.2計時模塊3.2.2.1設計內容計時模塊要實現的功能是，當有選手搶答到時開始倒計時，此處設定答題時間是9秒。從選手搶答到開始由9逐一減到0。當主持人按下復位鍵時，時間清零，開始新一輪搶答。該模塊由軟件編程實現：modulejishi(en,clk,reset,OA,OB,OC,OD,out);inputen,clk,reset;outputOA,OB,OC,OD;outputout;wire en,clk,reset;reg OA,OB,OC,OD;reg[3:0] temp;reg[3:0] out;always@(posedgeclkornegedgereset)beginif(reset==0)temp<=0;elseif(en==1)beginif(temp==0)temp<=9;elsetemp<=temp-1;endOA=temp[0];OB=temp[1];OC=temp[2];OD=temp[3];out=temp;endendmodulejishien□AelkOBresetOCODout[3..0]1inst53.2.2.2生成模塊與仿真波形圖4計時模塊圖5計時模塊波形仿真結果滿足設計要求。3.2.3蜂鳴器模塊3.2.3.1設計內容該模塊與計時模塊共同完成計時工作。程序如下：modulefengmingqi(time_in,clk,out);inputclk;input[3:0]time_in;outputout;wire[3:0]time_in;regout;always@(clk) //youdaijianyanbeginif(time_in==4'b0011)out<=1;elseout<=0;endendmodule3.2.3.2生成模塊與仿真波形 :fengmingqi1time_in[3..O]outelk i inst9圖6提示音模塊滿足設計要求。3.2.4加減分模塊3.2.4.1設計內容選手答題后，主持人可通過按鍵來對相應選手進行加減分，用數碼管顯示得分情況。X選手基礎分為3分，K2用于給選手加分，K3用于減分，數碼管D3~D6用于顯示選手得分。該部分用硬件來實現，采用單時鐘同步十六進制加/減計數器74191實現加減分，輸出的結果直接連譯碼顯示芯片7447就可以完成分數的顯示。電路圖如下：

17^.；l洲T：,:GN1:DUMP......iGNi:：:c=E?LDNAQABQB—CQC—DQD-0GNDNUPRCONCLKCOUr-JTERLDNAQABQB——CQC—DQD17^.；l洲T：,:GN1:DUMP......iGNi:：:c=E?LDNAQABQB—CQC—DQD-0GNDNUPRCONCLKCOUr-JTERLDNAQABQB——CQC—DQD-0GNDNUPRCONCLK^UULINTERLDNAQABQBL：QCDQDGNDNUPRCONCLKLDNAQABQBCQCDQDGNDNUPRCONCLK741HIBCDTO7SEG7419174191744F74191744F廊歡，兵IJ既EAnaBOBrnrDnoLTNOEF：BINOFBINOGRBON蘇葉街■…產^..■■■■--■贏而削*'此““嚴￥甘辮缶若T秒郵UT嚴S'E□并抿MTF亍| ；：辿妙u嚴ypi『端單，4 ；："phjarieis'至'葉'『葉海亂.，弱恐I版.凸門四BOBDnoT：LTNOE0RBINOFXBINOGRBON；'"W'岫艮印一匹!一茂兵.,.十?亦u〒■-li〒"加T劉T<1/仆W芬葉'『葉'，凸門四BOBDnoT：LTNOE0RBINOFBINOGRBON血.百眼!.一匹!一瘴熙.，.十?9MTF葉'"’l'■] ■:" pujaneaB'""親計前亍'''''茨J，'phj括跚■'…；：phjaii蜀「"'「UTF'UT'''''產□缶踐AnaBnBrnrDnoLTNOE-cRBINOFBINOGRBON而、眼!一!口一卷巨善葉叩二…產二^"piijarri；3[荻如遙二芒f而:苫EW計葉"pir鄙翌笠吐皿1冒己三;"pirinritio'勞葉F'葉…'戶u?"pii"鄙3?5“務帝砰"piri^rie￡'"；：：4 ；：" ph4 ■:" phjarie'zi'；：圖7加減分電路當上電瞬間，QA、QB、QC、QD均為0,因此LDN=0,74191工作在置數狀態，QA、QB、QC、QD分別等于A、B、C、D，四個選手的分數全部被置為3分。輸入端GN1、GN2、GN3、GN4分別選擇四位選手，當選手搶答到題目時，相應的GN端置1，則相應的加減分電路工作。輸入端DNUP則為加/減選擇端，當DNUP=0時，電路在clk控制下完成加分功能，相反，當DNUP=1時則完成減分功能。四個74191的輸出分別對應四個選手的分數顯示譯碼電路7447，而7447的輸出端分別對應實驗箱數碼管的a?g七個管腳。jiajianGN1pin__name10DUNPpinnarnel1elkpinnarnel2GN2pinnarnel3GN3pinnarnel4GN4pinnarnel5pinnarnel6pinnarnel8pinnamel9pinnarne2Lipinname21pinnarne22pinnarne23pinnarne24pinnarne26pinnarne27pinnarne28pinnarne29pinnarneSOpinname31pinnarne32pinname34pinnarne35pinnarne36pinnarne37pinnarneSSpinnarne39pinnarne40inst：j圖8加減分模塊滿足設計要求。3.2.4.3加減分控制模塊為了實現加減分，還需要加入加減分控制模塊，實現用K7給選手加分，K8給選手減分，當按下K7時，DNUP為0，同時產生一個脈沖上升沿，按下K8時，DNUP為1，同時產生一個脈沖上升沿。程序如下：modulejiajiankongzhi(jia,jian,clk_out,DNUP);input jia,jian;output DNUP,clk_out;wire jia,jian;reg DNUP,clk_out;always@(jiaorjian)beginif((jia==1)&&(jian!=1))beginDNUP<=0;clk_out=1;endelseif((jia!=1)&&(jian==1))beginDNUP<=1;clk_out=1;endelsebeginclk_out=0;DNUP<=0;endendendmodule圖9加減分控制模塊jian-E^jian-E^DNUPClkjZilJt^Value: l20.0ns40.0ns60.0nsElLIJJris10LUJns■12llUns140.0ns160.0ns0: 1 1 0 110 10 1 1 1:廠圖10加減分控制模塊波形仿真結果滿足設計要求。3.2.5顯示模塊3.2.5.1設計內容用于顯示倒計時時間和搶到題目選手編號，采用7447顯示譯碼器，電路圖如下:7447AOABOBC7447AOABOBCOCDODLTNOERBINOFBINOGRBONBCDTO7SEG江U宜1廳jOLiTHLIT印-廳吐1丁印-廳吐1丁印-廳吐1丁印-廳吐1丁印-廳吐1丁〉pin_ri3rne5〉pin_ri3rne3〉pin_ri3rne7〉pin_ri3rne1〉pin_ri3rnelLi〉pin_ri3rney〉pin_ri3rne1j圖11顯示電路 7447dianlu;;;;;;!~a pin_name5;;;;;;i~b pin_name3;;;;;;\~c pin_name7;;;;;;!~d pin_name1pin_name10pin_name9 !pin_name13 iinst12圖12顯示電路生成模塊滿足設計要求。3.2.5.3轉換模塊由于搶答模塊輸出信號DCBA為0001、0010、010、1000,若直接連顯示模塊，則顯示的數字為1、2、4、8,無法正確顯示選手編號，因此還需要加入轉換椎塊，將信號轉換為0001、0010、0011、0100,這槃就可以顯示1、2、3、4。程序如下：modulezhuanhuan(a,b,c,d,oa,ob,oc);iiput a,b,c,d;,output oa,ob,oc;reg oa,ob,oc;always@(aorborcord)beginif(c==1)begioa=1;%。ob=1;oc=0;endelseif(d==1)beginoa=0;ob=0;oc=1;endelsebeginoa=a;ob=b;oc=c;endendendmodule3.2.5.4轉換模塊生成模塊與仿真波形zhuanhuaninstl1圖13轉換模塊滿足設計要求。3.2.6防抖模塊3.2.6.1設計內容鍵盤的按鍵閉合與釋放瞬間，輸入信號會有毛刺，如果不進行消抖處理，系統會將這些毛刺誤以為另一次輸入，導致系統的誤操作。采用軟件消抖，當鍵盤閉合時間大于兩個時鐘周期時，視為鍵盤閉合，否則視為抖動，由于通常鍵盤閉合時間約為20ms，所以此處選擇脈沖信號頻率為100hz。程序如下：modulefangdou(key,CLK,out);input key,CLK;output out;wire key,CLK;reg out;reg[2:0]count;reg CP;always@(posedgeCLK)beginif(key==1)beginif(count==3)count=count;elsecount=count+1;if(count==2)CP=1;elseCP=0;endif(key==0)begincount=0;CP=0;endout=CP;endendmodule3.2.6.2生成模塊與仿真波形 ifangdoukeyoutCLKJOO :inst4圖14消抖模塊滿足設計要求。3.2.7分頻模塊3.2.7.1設計內容由于實驗箱晶振為4M,而為了實現秒脈沖計時需要1hz的脈沖信號，為了實現鍵盤消抖需要100hz的脈沖信號，為了實現聲音提示功能需要2Khz的脈沖信號。所以需要以4M晶振為基礎，經2000分頻得到2Khz的脈沖信號，再20分頻得到100hz的脈沖信號，最后100分頻得到1hz的脈沖信號。用軟件實現，程序如下：modulefenpin(clk_4M,clk_2K,clk_100,clk_1);inputclk_4M;outputclk_2K,clk_100,clk_1;regclk_2K,clk_100,clk_1;reg[10:0]cnt1;reg[4:0]cnt2;reg[6:0]cnt3;always@(posedgeclk_4M)beginif(cnt1<1999)begincnt1<=cnt1+1;clk_2K<=1'b0;endelsebegincnt1<=0;clk_2K<=1'b1;endendalways@(posedgeclk_2K)beginif(cnt2<19)begincnt2<=cnt2+1;clk_100<=1'b0;endelsebegincnt2<=0;clk_100<=1'b1;endendalways@(posedgeclk_100)beginif(cnt3<99)begincnt3<=cnt3+1;clk_1<=1'b0;endelsebegincnt3<=0;clk_1<=1'b1;endendendmodule:fenpin■■j一 clk_4M clk_2Kj clk_100： clk_1iinst2圖15分頻模塊滿足設計要求。4.總設計圖3 「山_面的bplk_kane?cplk_kaneTdpli_iarie1pli_i3Tieinpli_i3Tie9pitiarie13；IGN1DUNFCl；GN2GN3GNiplk_kane1Dpli_i3Tie11pli_i3Tie12pli_i3Tie13pli_i3TieUplk_kane15plbi3Tie16plli3Tie18plli3Tie19pli_iariHZlplk_kane21plk_kane22ph_kane23ph_kane24pli_i3Tie26plk_kane2Tpitl3Tie23pliiHTiefflplli3Tie3Opli_i3TieO1plk_kane32plk_kane34ph_k3ne35ph_kane36pli_i3Tie3Tpitiane33piti3Tie39plbb3Tie40.1一n_■J=-c<!滿足設計要求。4.總設計圖3 「山_面的bplk_kane?cplk_kaneTdpli_iarie1pli_i3Tieinpli_i3Tie9pitiarie13；IGN1DUNFCl；GN2GN3GNiplk_kane1Dpli_i3Tie11pli_i3Tie12pli_i3Tie13pli_i3TieUplk_kane15plbi3Tie16plli3Tie18plli3Tie19pli_iariHZlplk_kane21plk_kane22ph_kane23ph_kane24pli_i3Tie26plk_kane2Tpitl3Tie23pliiHTiefflplli3Tie3Opli_i3TieO1plk_kane32plk_kane34ph_k3ne35ph_kane36pli_i3Tie3Tpitiane33piti3Tie39plbb3Tie40.1一n_■J=-c<!-ETiI4z<Ti抑T月」廠-產二..：j-狎Wr＜氣“*5瑚嚴?^2^"?-r,pli_i3Tie5pli_i3Tie3plk_kaneTpli_iarie1pli_i3Tie1Dpli_i3TieSpliianeio圖16總設計圖.調試中遇到的問題在調試中，遇到的第一個問題是用于顯示搶答成功的選手編號的數碼管，顯示的不是1、2、3、4,而是1、2、4、8,經過分析發現是因為搶答模塊輸出的DCBA信號是0001，0010，0100，1000，即1、2、4、8,將這樣的信號送給顯示模塊顯然不行，于是加入了轉換模塊，將信號變為0001、0010、0011、0100，即1、2、3、4，很好地解決了這個問題。.體會、感想、建議在這短暫的一周時間里，通過EDA課程設計這個平臺，我的實踐能力得到了一定的鍛煉。在這期