数字逻辑电路课程设计8人抢答器

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1、2009.12.数字电子技术课程设计 数字电子技术课程设计-8人抢答器系 别: 计算机科学系专 业: 计算机科学与技术指 导 老 师: 秦玉龙班 级: 08计本（2）姓 名:学 号: 成 绩 等 级:_2 0 0 9 年 12 月 目录1. 实验目的- 22. 设计任务要求- 23. 设计方案- 34.设计和实现过程- 5 5.课程设计的经验和体会- 10 6.写在最后- 11 一 实验目的要求学生熟练地使用已学的数字电子技术，连接出要求的电路，同时也是对于数字电子技术工作原理有更好的认识。熟悉同种芯片的多种功能。课程设计需要掌握更多的连接电路的技巧，在连接一个较为大的电路的时候，通常找错误是

2、很困难的，在课程设计中，也可以同学寻找错误的能力。也是对于数字电子技术的提高的一种方式。为今后设计更多样化的电路打下扎实的基础。二.设计任务要求 1基本功能（1）设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别时0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。（2）给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。（3）抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音

3、响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。2扩展功能（1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如30s）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5s左右。（2）参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。（3）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示00。三、设计方案电路组成框图抢答按钮优

4、先编码电路锁存器译码电路显示电路主持人控制开关控制电路报警电路秒脉冲产生电路定时电路译码电路显示电路主体电路控制电路： 1、 抢答电路抢答电路的功能有两个：一是能分辩出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其它选手的按键操作无效。使用74LS148优先编码器、74LS279基本RS触发器可以实现第一信号鉴别、锁存功能。（抢答电路及其工作原理见指导书，要求复习编码器74148、RS触发器74279的逻辑功能。）2、 定时电路节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计，计数器的时

5、钟脉冲由秒脉冲电路提供。（定时电路及其工作原理见指导书，要求复习十进制可逆计数器74192的逻辑功能）3、控制及报警电路控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：（1）主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。（2）当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。（3）当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。（控制电路及其工作原理见指导书，其中CTR表示是否有选手抢答，CTR=1有，CTR=0没有；BO2*表示抢答时间是否结束，BO2*=1没结束，BO2*=0结束；ST*表示是否允许选手抢

6、答，ST*=0允许，ST*=1不允许；CPD*为减计数脉冲。）CTR0010010CP10101110 ；即：只有在没有选手抢答且抢答时间没有结束的情况下，才允许抢答（=0），倒计时电路才工作（）。报警控制信号PR：持续0.5S左右的正脉冲，当PR为高电平时，产生报警信号根据要求，在以下三种情况下报警：a 主持人宣布抢答开使，此时控制开关S由0变1，产生上升沿。b 在规定抢答时间内，有选手抢答，此时由1变0，产生下降沿。c 抢答时间结束，此时由1变0，产生下降沿。所以，将上述三个信号分别接74121三个触发端A, B, C即可产生报警控制信号PR。电路图见指导书。四、设计和实现过程抢答电路74

7、148是一个八线-三线优先级编码器。如图所示的是八线-三线编码器74148的引脚图。 74148优先编码器为16脚的集成芯片，除电源脚VCC(16)和GND(8)外，其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。其中I0I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端。当使能输入IE=1时，禁止编码、输出(反码)： A2,A1,A0为全1。当使能输入IE=0时，允许编码，在I0I7输入中，输入I7优先级最高，其余依次为：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等级排列。74279是一个基本RS触发器，其引脚图如下图所示：功能为：四个

8、锁存器中有两个具有置位端（SA，SB）。当S为低电平、R为高电平时，输出端（Q）为高电平。当S为高电平、R为低电平时,Q为低电平。当S和R均为高电平时，Q被锁在已建立的电平。当S和R均为低电平时，Q为稳定的高电平状态。对SA和SB，S的低电平表示只要有一个为低电平，S的高电平表示SA和SB均为高电平。当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的R*端为低电平，输出端（4Q1Q）全部为低电平。显示器灯灭：74LS148的选通输入端ST*=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于工作状态，等待输入端

9、I7I0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5），74Ls148的输出Y2*Y1*Y0*=010，Yex*=0，经过RS锁存器后，CTR=1，B1*=1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，显示器显示“5”。此外CTR=1，使74LS148的ST*端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的Yex*为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以方便进行下

10、一轮抢答。完整电路定时电路 节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示： 图中：LOAD置数端，CTR为加计数端,DOWN为减计数端,CO为非同步进位输出端,BO为非同步借位输出端，A、B、C、D为计数器输入端，QA、QB、QC、QD为数据输出端。 输入 输出CTRLOADUPDOWNDCBAQDQCQBQA1000000dcbadcba011 加计数011 减

11、计数当主持人控制开关处于“清除”位置时，74LS192的“置数”端为低电平，输出端输出所置数。显示器显示所置的数；当主持人开关拨到“开始”位置时，置数端与清零端都无效，74LS192开始工作，当有一个CP脉冲到来时，计数器减一，当个位全为零时，BO产生一个脉冲，使十位的计数器减一。报警电路: 74LS121芯片是一种常用的非重触发单稳态触发器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统之中，他采用了施密特触发输入结构，这使得74LS121的抗干扰能力大大的加强,下面是引脚图和功能表。 主持人控制开关从“清零”位置拨到“开始”位置时，此时S产生一个下降沿，Yex*=BO2*=“1”,报警电路接通，

12、有响声提示。同时来自于74LS279的输出CTR=“0”，经非门，A=“1”，则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS279的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。在定时时间未到时，来自于74LS192的借位输出端BO2*=“1”，实现a的要求。当选手在定时时间内按动抢答按键时，Yex*产生一个下降沿，并且BO2=S=“1”，报警器接通。CTR=“1”，经非门反相，A=“0”，封锁CP信号，定时器处于保持状态；同时，ST*=1，74LS148处于禁止状态，从而实现了b的功能。当定时的时间到时，来自74LS192的BO2*=0，产生下降沿，报警产生。并且ST*=1，74LS148处于禁

13、止工作状态，禁止选手进行抢答。同时封锁CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而c功能实现电路的仿真结果：电路初始时（抢答未开始）的波形图抢答开始时的波形图有人抢答的波形图无人抢答，超时的波形图 根据实验室所提供的器材，按照电路图连接实物电路。连接好后，调试电路是否满足实际的要求。实物电路的调试：1、按照软件调试好的电路图接线，首先将基础抢答器连好，注意74148的Ys*端不接，74279的1、5、10、14端接开关，由于该抢答器为8位选手抢答，所以接显示器时最高位要接“0”。验证基础抢答器的功能，当有一个选手抢答时，验证该选手的序号是否被锁存，即当有其他选手抢答时，显示器上是否有其他选手的序

14、号。2.验证定时器的基本功能，按照电路图接好基本定时电路。将置数端接在开关上，当开关为“0” 时，置数端接通，开始置数，当开关为“1”时，无法置数。个位的信号输入端接cp时钟，将个位数的借位端接在十位的信号输入端，当个位为0时，向十位借位，此时十位减一。在十位减计数到0时，当再来一个CP脉冲时，十位与个位均变为9。继续开始减计数。3、连接控制电路，其中的74LS00用74LS10代替，剩下的一位接“1”。将定时器的开关与抢答器的开关公用一个开关，接好后调试8人抢答器的基本功能，当开关复位时，所有器件全部还原，当有人抢答时，显示器显示抢答选手的序号，并封锁其他选手抢答，定时器此时不再减计数，当时

15、间到时还无人抢答则封锁选手抢答，并不再减计时。在连接电路时遇到的问题：1、 开始时的电路不具有锁存功能；2、 时间的显示不正常；3、 按动复位开关时没有警报。以上的几个问题已在实验中解决。五、课程设计的经验和体会在这次课程设计中，我遇到的许多问题都是基础的问题：如时间的不正常显示，电线短路等等。由于书本上关于其知识很少，所以我们只好自己去自主学习。我就是通过网络查阅的资料，并且从网上下载了许多有用的图片才得以解决许多问题的。虽然此次课程设计是小组合作，但在设计电路、连接电路过程中，可以用集思广益来形容，有问题大家共同思考。特别是在连接实物电路的时候，实际的电路和电脑上模拟电路还是有不同的。那些

16、不同之处的连接，同学之间相互交流看法，通过实验来验证对错。在当今，无论进入什么样的单位，都需要团队合作。课程设计为同学提供了合作的一个平台。所以，积极地完成课程设计，学到的不仅仅是知识。课程设计巩固了我们平时所学的知识，还锻炼了我们的实践能力。在连接实物电路时，有的连接就是大胆的假设，然后验证，对否那是次要的，关键是锻炼了自己敢于创新的精神。这符合着我们朝创新型人才去发展。写在最后截止到现在，这个课程设计已经算是基本完成了。不过忙了一个半星期总该有个结果的，我想这次课程设计的作品我做的不是很好，不过应该多多少少勉强能凑合过去的。不过不论是电路本身还是功能上基本还是一个自己马马虎虎但是还是不可以接受的水平，不过也是因为时间仓促，这次课程设计的调试花了太久的时间都是不应该的，不过好在并没有因此影响到进程，应该还算还行的吧。在这次课程设计过程中，我要特别感谢我的指导老师秦玉龙老师，从这学期刚开始时他就一直在帮助我以使我提高专业知识的水平，是他为我的专业课程铺平了道路，耐心的指导我们，才能使我少犯错误、少走弯路，提升了我们对数字电子技术的兴趣，也提高了本身的专业素质。同样的我也要感谢我的朋友们对我的理解与支持。本学期的课程设计就算是结束了，几天后开始就进入考试周了，我要好好复习，争取取得一个优异的成绩！编者 2009年12月30日星期五11