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1、扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计题 目： 智力竞赛抢答器 课 程： 数字电子技术基础 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 郑 洁 完成日期： 总 目 录第一部分：任务书 第二部分：课程设计报告 第 一 部 分任务书一、课程设计的目的本课程是在学完数字电子技术基础、数字电子技术实验之后，集中一周时间，进行的复杂程度较高、综合性较强的设计课题的实做训练。主要包括：方案论证、系统电路分析、单元功能电路设计、元器件选择、安装调试、计算机辅助设计、系统综合调试与总结等。使学生在数字电子技术基本知识、实践能力和综合素质、创新意识、水平诸方面得到全面提高，为后续课程的
2、学习，为培养应用型工程技术人才打下重要基础。通过本课程设计可培养和提高学生的科研素质、工程意识和创新精神。真正实现了理论和实际动手能力相结合的教学改革要求。二、课程设计的要求1、加强对电子技术电路的理解，学会查寻资料、方案比较，以及设计计算等环节，进一步提高分析解决实际问题的能力。2、独立开展电路实验，锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，真正实现由知识向技能的转化。3、独立书写课程设计报告，报告应能正确反映设计思路和原理，反映安装、调试中解决各种问题。三、课程设计进度安排1、方案设计；(一天)根据设计任务书给定的技术指导和条件，进行调查研究、查阅参考文献，进行反复比较和可行性论证，确定出方案
3、电路，画出主要单元电路，数据通道，输入、输出及重要控制信号概貌的框图。2、 电路设计：(一天)根据方案设计框图，并画出详细的逻辑图3、 装配图设计：(半天)根据给定的元器件，结合逻辑图，设计出电路制作的具体装配图(即绘出组件数量，管脚号以及器件布置的实际位置)。同时配以必要的文字说明。4、 电路制作：(一天半)对选定的设计，按装配图进行装配，调试实验。5、 总结鉴定：(半天)考核样机是否全面达到现定的技术指标，能否长期可靠地工作，并写出设计总结报告。四课程设计题目和内容智力竞赛抢答器（1）、抢答器为四路；（2）、显示出最先抢答器的号码；（3）、带裁判员启动控制按钮；（4）、裁判员启动后，30秒
4、后无选手抢答，抢答器停止工作（应显示30秒递减时间），并有“滴滴”提示音。（5）、选手抢答应有提示音。五、设计要求1、 用中小型规模集成电路设计出所要求的电路；2、 在实验箱上安装、调试出所设计的电路。3、 部分课题要求用可编程逻辑器件（FPGA/CPLD）设计实现；4、 在EDA编程实验系统上完成硬件系统的功能仿真。5、 写出设计、调试、总结报告。六 、器件与器材1、 二输入四与非门 74LS002、 四输入双与非门 74LS203、 六倒相器 74LS044、 八输入与非门 74LS305、 正沿双D触发器 74LS746、 3线-8线译码器 74LS1387、 可逆移位寄存器 74LS1
5、948、 同步十进制可逆加、减计数器 (8421 BCD码) 74LS1929、同步十进制加法计数器 74LS16010、振荡分频器 CD406011、BCD七段显示译码器 74LS4812、双四选一数据选择器 74LS15313、八线驱动器 74LS24414、555定时器 55515、LED共阴七段数码管 BS20716、石英晶体(4M、2 M、32768 HZ)17、微动开关、拨盘开关、继电器、LED(红、绿、蓝)、电阻、电容、二极管、三极管、光敏二、三极管、导线等。22、工具(镊子、剪刀、万用表、电烙铁)七、使用仪器设备1、 稳压电源(5V，15V)；2、 实验电路箱；3、 低频信号发
6、生器；4、PC机（装有MAX+PLUSII软件）；GW48 EDA编程系统等。八、参考文献1、“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”教材；2、有关“电子技术课程设计指导书”；3、“集成电路特性应用手册”；4、 EDA技术使用教程5、 其他。九、设计总结报告主要内容1、 任务及要求；2、 方案特点；3、 各组成部分及工作原理(应结合框图写)；4、 单元电路设计与调试；5、 总逻辑图；6、 总装配图；7、 实验仿真结果；8、 实验结果分析(画出必要的波形，进行测量精度和误差分析)；9、 调试中出现问题的解决；10、改进意见及收获体会等。第 二 部 分课程设计报告目 录1 设计任务及要求.（9）
7、2 系统总体设计方案.（10）2.1 总体设计方案.（10）2.2 方案特点.（10）3 控制电路设计.（11） 3.1 控制电路工作原理.（12） 3.2 参数计算.（13）3.3 器件选型.（13）4 振荡电路设计.（13） 4.1 振荡电路工作原理.（13） 4.2 参数计算.（13）4.3 器件选型.（13）5 计数电路设计.（13） 5.1 计数电路工作原理.（13） 5.2 参数计算.（15）5.3 器件选型.（15）6 译码显示电路设计.（14） 6.1 译码显示电路工作原理.（14） 6.2 参数计算.（15）6.3 器件选型.（15）7 系统总体电路设计.（16） 7.1 系
8、统总体电路. . .（17） 7.2 电路说明.（17）8 电路调试.（18） 8.1 振荡电路调试及实验结果分析.（18） 8.2 计数电路调试及实验结果分析.（18） 8.3 译码显示电路调试及实验结果分析.（18）8.4 控制电路调试及实验结果分析.（29）8.5 系统联调及实验结果分析.（20）9 改进意见及收获体会.（21）10 器件明细清单.（22） 参考文献.（22）1设计任务及要求本次的课程设计的题目：智力竞赛抢答器1、主要任务：（1）、抢答器为四路；（2）、显示出最先抢答器的号码；（3）、带裁判员启动控制按钮；（4）、裁判员启动后，30秒后无选手抢答，抢答器停止工作（应显示3
9、0秒递减时间），并有“滴滴”提示音。（5）、选手抢答应有提示音。2、要求：（1）四组参赛者在进行抢答时，当抢先者按下面前的按钮时，抢答器能准确地判断出抢先者。要求声响在选手抢答时响起，并用数码管显示抢答选手号码。（2）抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。（3）抢答器应具有限时功能。限时档次为30秒，时间到时应发出声响，同时，系统禁止抢答。（4）选手抢答后显示抢答时间。（5）系统应具有一个总复位开关。2系统总体设计方案2.1总体设计方案系统组成框图：号码显示译码器锁存模块抢答模块蜂鸣器声音模块主持人控制模块时间显示脉冲信号计数器译码器（1）、抢答器为四路；（2）、显示出最
10、先抢答器的号码；（3）、带裁判员启动控制按钮；（4）、裁判员启动后，30秒后无选手抢答，抢答器停止工作（应显示30秒递减时间），并有“滴滴”提示音。（5）、选手抢答应有提示音2.2方案特点及流程（1）中心模块主要是抢答模块和控制模块。此抢答系统由蜂鸣器发出的声音和显示器的数字显示。并在抢答完成时控制模块停止时间和发出声响。（2）在系统设计时，要达到互锁的功能，即一人抢答后其他人就不能抢答。（3）抢答时间结束时蜂鸣器发出声响，并终止抢答。系统工作流程：（1）选手经抢答模块抢答由锁存模块控制抢答，并显示抢答选手号码，另外蜂鸣器 发出声响，时间计数停止保持。（2）主持人控制抢答的复位、开始。（3）脉
11、冲信号提供计数信号，由控制模块控制抢答时间的停止保持。3控制电路设计3.1控制电路工作原理一体式：图1 抢答锁存译码一体电路分离式：图2 抢答锁存电路图3 译码电路图2中的抢答部分由4个D触发器组成，CLK分别作为四位选手的抢答控制端，每一个D触发器D输入端与另外3个的输出非端经过与门后相接，构成抢答锁存功能。即当四个开关中有一个开关打开时，就会有一个上升沿脉冲，使得输出非端为低电平，从而使得其余3个的输入端均为低电平。图3的译码电路将输入的抢答信号转换为数码管可以识别显示的信号，即：将抢答输出：“1000”转换为“0001”， “0100”转换为“0010”, “0010”转换为“0100”
12、, “0001”转换为“1000”.3.2参数计算此次课程设计课题都由开关控制无相关计算内容。3.3器件选型一个EPM7128SLC84-6可下载集成块，三个数码管以及3个七段译码器，一个蜂鸣器，五个开关。4 振荡电路设计4.1振荡电路工作原理 此次振荡电路信号由实验箱上的2HZ频率信号代替。5 计数电路设计5.1计数电路工作原理图4 30进制减法计数电路图4中g1g4为个位输出端，s1s4为十位输出端，co端为十位的进位输出端，caipan端为主持人控制复位端，jishumaichong端为脉冲信号输入端。5.2参数计算此次课程设计课题都由开关控制无相关计算内容。5.3器件选型2个同步十进制
13、可逆加、减计数器：74192，2个数码管6 译码显示电路设计6.1译码显示电路工作原理图5 译码电路图5的译码电路将输入的抢答信号转换为数码管可以识别显示的信号，即：将抢答输出：“1000”转换为“0001”， “0100”转换为“0010”, “0010”转换为“0100”, “0001”转换为“1000”。其中qdq为抢答锁存电路生成的模块。6.2参数计算由输入输出逻辑关系得：a=A1A2A3A4+A1A2A3A4b=A1A2A3A4+A1A2A3A4c=A1A2A3A4d=0n=A1A2A3A46.3器件选型4个4输入与门2个2输入或门1个4输入或门7系统总体电路设计7.1系统总体电路图
14、6 总电路7.2 电路说明（1）zhchr为主持人控制输入端，1、2、3、4为四位选手输入端，qianda为抢答锁存以及译码电路生成的模块，30为30进制减法计数器电路生成的模块， fmqi为蜂鸣器控制电路生成的模块，zhdq为2hz振荡信号输入端，1khz为2hz频率信号输入端，a1、a2、a3为显示抢答选手号码的数码管连接端，b1、b2、b3、b4为显示个位数码管连接端，c1、c2、c3、c4为显示十位的数码管连接端。（2）当主持人启动系统时（输入高电平）计数器开始由30倒计时，如果选手抢答则显示抢答选手号码，计数器停止并保持显示抢答时间，另外，蜂鸣器发出滴滴的响声提示有人抢答；如果没人抢
15、答，则计数器到00时，蜂鸣器发出滴滴的声响，抢答系统终止抢答。（3）每次抢答结束后，主持人重新复位开关，再次启动后才可进行抢答。8电路调试8.1振荡电路调试及实验结果分析此次课程设计中振荡信号使用的是实验箱上的固定2hz频率信号。8.2 计数电路调试及实验结果分析图7 计数仿真波形一切显示正常，由30开始减法计数。当主持人启动抢答系统时，计数器开始倒计时计数，直到有选手抢答时，计数器停止计数并保持在当前时间。8.3 译码显示电路调试及实验结果分析此电路调试正常，其中数码管是根据输入线路中的高低电平来确定显示的数字。将： 输出信号“1000”转换为“0001”， “0100”转换为“0010”,
16、 “0010”转换为“0100”, “0001”转换为“1000”。8.4 控制电路调试及实验结果分析图8 抢答仿真波形经波形仿真电路正常，且能够正常抢答锁存。如图2，主持人按下清零开关，即：Q1Q4均为“0”，当有一位选手抢答后即输入高电平，对应的D 端为高电平即：Q为高电平Q为低电平从而封锁其它三位选手的输入的抢答。待添加的隐藏文字内容38.5 系统联调及实验结果分析图9 总电路仿真波形总电路在测试调整仿真中一切正常，与预计的效果及功能相符合。当主持人启动系统时（输入高电平）计数器开始由30倒计时，如果选手抢答则显示抢答选手号码，计数器停止并保持显示抢答时间，另外，蜂鸣器发出滴滴的响声提示
17、有人抢答；如果没人抢答，则计数器到00时，蜂鸣器发出滴滴的声响，抢答系统终止抢答。每次抢答结束后，主持人重新复位开关，再次启动后才可进行抢答。9改进意见及收获体会在此次课程设计的抢答器，我们刚开始确实不知如何着手，不过我们从之前的三人抢答器借鉴了一下，才使过程变的顺利起来。最终很顺利完成了所有的任务。实现了所有要求的功能。不过从我个人看来还可以加一些功能的使整个抢答系统看起来更完美，更全面。例如：在每个选手抢答时再加上一只灯被点亮。在倒计时的最后几秒伴随蜂鸣器间歇性的响声做提示等等，既然是抢答就应该利用条件制造一种争分夺秒的氛围，这些另外的功能由于时间的问题没能加上去。挺遗憾的。在这次的设计中
18、我们也遇到了一些小问题。例如仿真波形与原定的而又很大的出入、下载时定义引脚的问题、下载不了等等。不过最终都被我们一一解决了。只有在实践中才更容易发现自己的不足之处，找出错误之处。并想出解决的方法。总之，在老师的指导，和自己的努力下还是成功的将本次课程设计结束了。看着自己的劳动成果，想想自己付出的还是值得的。通过这次亲手实践也让我对集成块的工作原理更加熟悉，运用起来更自然。不过最重要的是自己制作的，成功时的那种喜悦是别人无法感受的。此外，对max+plus的使用也变得熟悉起来，包括生成模块，下载，调试等等，再也没有了第一次的生疏。总之，在老师的指导，和自己的努力下还是成功的将本次课程设计结束了。
19、看着自己的劳动成果，想想自己付出的还是值得的。在此次的设计中由于运用了下载电路，使得我们的实体电路很简单，而不是很庞大的接线。也使得演示时看起来不是那么的复杂，更加清晰。所以以后还会经常运用这种方法尽量简化过程以达到同样的功能。这样不仅能节约大量的时间，还能节约大量的材料。降低总的消耗成本。毕竟这是一个讲究效率和成本的社会。10器件明细清单器件名称数量EPM7128SLC84-6174LS483数码管3开关6实验箱1导线若干参 考 文 献 1 阎石主编数字电子技术基础（第四版）北京：高教出版社， 20002 于卫主编. 现代数字电路与系统综合实训教程. 北京邮电大学出版社 2010第 三 部 分设计图纸图 纸 目 录1. 系统总体方框图：号码显示译码器锁存模块抢答模块蜂鸣器声音模块控制模块主持人时间显示译码器计数器脉冲信号2.系统总电路：2.安装电路：序号图 纸 名 称图幅图纸编号备 注1系统总体方框图A3电012系统总电路图A3电023系统总接线图A3电03附 设计深度规定：系统总体方框图：标注各单元模块，图中给出各单元模块的正确连接、标出各信号的流向。系统总电路图：标明各器件的型号、标注器件参数、标注集成块各引脚的逻辑符号系统安装接线图：以集成块为单位画出各引脚之间的接线，标注各集成块的型号、注明引脚编号。
