电子技术课程设计报告 - 抢答器

电子技术课程设计报告题目：智力竞赛抢答器学生姓名专业自动化学号3008203010指导教师日期20101209-20101227摘要:作为本专业的基础知识,数字电子技术在我们的日常生活中起着非常重要的作用：从最平常的家用电器到新兴的深空探测，可以说无所不在。在本次课程设计中,基于EDA技术中的MaxPlus，我们设计了一个简易的抢答电路，它由四部分组成，主要使用了触发器、计数器、编码器以及一些基本的门电路。除了抢答功能外，它还可以实现由主持人控制的加减分及复位功能。关键词：MaxPlus;触发器;计数器;加减分Abstract:Asthefundamentalknowledgeofourmajor,Digitalelectronictechnologyplaysasignificantroleinthedailylife:RangingfromthenormalhouseholdappliancestothehottestDeep-spaceexploration,itiswidelyusedeverywhere.Inthiscurriculumdesign,basedonthesoftwareMaxPlusIIinEDA,wemadeasimpleviesto-circuitwhichwasmadeupoffourpartsandusedflip-flop,counter,encoderandsomebasicgatecircuit.Besidesthefunctionofviestoquestions,therearealsoextrafunctionslikethescoringandresetwhichcontrolledbythehost.KeyWords：MaxPlus;flip-flop;counter;scoring一设计要求及分析思路1．工作基础（1）数字电子技术基础；（2）MaxPlusII基本操作；2.基本要求（1）有3—4路抢答；（2）数字显示抢答组别；（3）由主持人复位后方可抢答；（4）声音提示已有人抢答。3．实验条件（1）GW48系列EDA/SOC验开发系统（提供有目标芯片FPGA-型号EP1K30TC144-3、数码显示器、二极管、三极管、钮子开关、晶振等资源）；（2）电路设计建议采用下列器件：74175、74147、74192、7448、ANDX、ORX、NOT等4．分析考虑到抢答器的特点是当一路抢答有信号时阻止其他抢答信号，我们决定采用D触发器作为主体电路。元件74175中封装了四个D触发器，可用于四路抢答，采用反向输出端去封锁他人抢答，主持人控制清零端达到复位目的。在附加功能上我们决定加入由主持人控制的加减分数装置，由于需要加减分双向计数，所以使用74192计分。组别显示功能则由3/8编码器74148实现。另外由于我们选择自带译码器的模式6，故不再采用7448等元件。以上即为主要思路。二电路框图最终设计结果如下:可见系统主要分为抢答电路control，组别显示display，蜂鸣提示spk和分数显示score1~4共计四部分。其中有九个输入，分别为4个抢答输入，主持人复位和加减分输入，以及蜂鸣器和74175的频率输入。输出共计5组LED，分别显示抢答组别及各组得分。另外还有蜂鸣器发声提示。三基本原理1抢答电路control使用一片74175，靠第一个抢答者的QN输出低电平，通过与门使其他抢答者输入段保持低电平。主持人用清零端进行复位。2组别显示display由于74148输入低电平有效故1N~4N端分别接入抢答电路的1QN~4QN端，又注意到输出也为低电平，故先接反相器再接入系统已有的译码器通过LED输出显示。3蜂鸣提示spk由于任何人抢答都应蜂鸣提示，故将抢答器输出相或，再和声音频率相与接入蜂鸣器，声音频率则选择了适中的1kHz。4分数显示score74192是双向十进制计数器，分别通过两个时钟的上升沿触发来实现加/减法计数，并且当两时钟输入均为高电平时，输出保持不变，这样还可以省去锁存器的需要。所以我们使用4片74192，并让主持人实际控制时钟输入，并且用抢答器的成功抢答输出作为片选，计数器输出接7段LED显示各组得分。四仿真结果我们在仿真时的假想情况是：第一次4号选手抢答成功，主持人判断回答正确后加分，然后复位；第二次2号成功，主持人加分，复位；第三次4号成功，主持人减分，复位。这样的设计基本可以检测系统的所有部分是否正常工作。在上图中RING及clk为两1kHz脉冲，player1~4为选手抢答输入，reset、plus及minus对应主持人的复位和计分；输出speaker是蜂鸣器，Q[1]~Q[4]为组别显示输出，Z1[1..4]~Z4[1..4]为分数显示四位BCD码输出（由于仿真时任意组分数未超过两分，故只取最低位以便分析）。可以看到，仿真结果满足设计要求：①在4号抢答后，组别显示输出“4”的BCD码1000，在这段时间内，其他选手的抢答均无法影响组别显示输出；主持人加分后，第四号LED最低位输出1，表示其得分为1。然后主持人复位。②第二次由2号成功抢答，组别显示成功输出0010，主持人加分后分数正确显示2号为1分；③第三次4号抢答成功，但由于回答错误，主持人减分后显示分数为0。五心得体会虽然在上学期的学习中，我们已经接触过Maxplus这一软件，但经过一个假期，大家也都忘得差不多了，所以说这次课设可以说是基本从头开始。智力竞赛抢答器这个电路，在上学期的数电实验课上曾经做过，所以我乍看到这个题目，心里还是觉得挺简单的：不就是再来一遍么。等到真正开始设计，才发现问题接踵而至：蜂鸣器只用接高电平就能发声吗？加减分应该用什么元件实现？主持人又如何用两个键控制四人的分数？数码管的显示需要加锁存器吗？……于是我们重拾数电课本，数电实验课本；仔细研究Maxplus讲义，又从图书馆借来EDA数字实验书；在网上搜集各类元件资料，了解工作原理，引脚作用；与同学探讨，通过这些信息来源，各个问题才得以解决。而我们心中的设计构架也一步步地在屏幕上成型。当最终设计在编译器上零错误零警告地通过时，我们松了一口气，但也知道这仅仅是第一步而已。不出所料，仿真时又出现了一堆问题，直到最后下载到芯片里，也还发生了数码管有问题的情况，不过我们已经可以从容不迫地一一分析解决。一直到最后，看到自己的设计在实验台上成功地实现，我们才真真正正地感到大功告成的喜悦。其实抢答器这一个电路只是作为一个目标，最重要的是在整个设计过程中，我们用已经掌握的知识和学习到的新知识，通过各种各样的方法手段去解决层出不穷的问题。或许以后，我们早就忘记当初设计的电路，但那时培养起来的搜索信息、主动学习、综合思考以及创新的能力，却已经成为自己的一部分得到了发展。六参考文献[1]王萍.电子技术实验教程.北京:机械工业出版社,2009.1.[2]周跃庆.数字电子技术基础教程.天津:天津大学出版社,2006.9.[3]黄仁欣.EDA技术实用教程.北京:清华大学出版社,2006.9.