數(shù)字邏輯課程設(shè)計報告-四路搶答計分器.docx

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1、西安交通大學(xué) 數(shù)字邏輯課程設(shè)計數(shù)字邏輯課程設(shè)計四路搶答計分器學(xué)號： 08161024姓名： 張云班級： 軟件81指導(dǎo)老師： 張琴完成日期： 2010.7.8同組者：王曉宇學(xué)號：08161019分工：王曉宇：信息處理單元 張云： 計分和倒計時數(shù)字邏輯課程設(shè)計一、 設(shè)計題目四路智能搶答計分器二、 設(shè)計目的1 初步掌握工程設(shè)計方法和組織實(shí)踐的基本技能，逐步熟悉開展 科學(xué)實(shí)踐的程序和方法； 2 掌握數(shù)字電路布線、調(diào)試的基本技巧； 3 掌握數(shù)字系統(tǒng)的分析和設(shè)計方法； 4 能夠熟悉的、合理的選用集成電路器件； 5 熟悉 Quartus II 軟件的使用，培養(yǎng)綜合運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題的能力。三、 設(shè)計內(nèi)

2、容用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計并制作一部四路智能搶答器，先搶到的選手在30s的時間內(nèi)答題，并由主持人根據(jù)答題情況給分，記錄并分別顯示每位選手的分?jǐn)?shù)。分析：搶答器是典型的數(shù)字電路系統(tǒng)，是利用數(shù)字電子器件完成以下功能：1） 搶答即優(yōu)先權(quán)編碼；2） 倒計時即計數(shù)器的級聯(lián)；3） 給分即譯碼并正負(fù)計數(shù)；4） 顯示時間、分?jǐn)?shù)即7段數(shù)碼管的顯示應(yīng)用。因此，整個數(shù)字系統(tǒng)分為四個功能模塊：搶答模塊，倒計時模塊，加分模塊和顯示模塊。模塊功能如下表所示：模塊名稱主要功能主要器件搶答模塊給四位選手按照搶答快慢進(jìn)行優(yōu)先權(quán)編碼，選出最先搶答的選手并鎖死其他選手操作。優(yōu)先權(quán)編碼器74148以及四個D觸發(fā)器構(gòu)成延時倒計時模塊當(dāng)有

3、選手搶到題目時，驅(qū)動30s倒計時器，選手在30s內(nèi)回答問題。十進(jìn)制正逆計數(shù)器74192加分模塊由主持人根據(jù)選手答題情況給出正誤結(jié)果，并對當(dāng)前選手的總分進(jìn)行加減。2-4譯碼器器74149，同步計數(shù)器74169顯示模塊顯示四位選手的得分以及30s倒計時和當(dāng)前答題選手的編號以及分?jǐn)?shù)。七段管譯碼器7449，多路選擇器74153表1 各模塊的主要功能及器件四、 設(shè)計要求1 總控制開關(guān)控制搶答器和計時器是否有效；2 得分開關(guān)控制當(dāng)前選手分?jǐn)?shù)，回答正確加1分，錯誤減1分；3 倒計時限制選手答題時間，時間被限制在30s內(nèi)。如果超過30s蜂鳴器響起，視為回答錯誤，此時只有減分端有效；4 當(dāng)選手分?jǐn)?shù)為0分時，只有

4、加分端有效，即不存在負(fù)分；5 分別顯示答題選手編號，答題選手得分，四位選手各自得分以及倒計時；6 設(shè)計（仿真）電路，獨(dú)立進(jìn)行試驗(yàn)，并通過調(diào)試方案；7 將電路下載至實(shí)驗(yàn)平臺上并測試通過；8 掌握一些測試電路的基本方法，課程設(shè)計中出現(xiàn)一般故障，能通過“分析、觀察、判斷、試驗(yàn)、再判斷”的基本方法獨(dú)立解決；五、 總體框圖整個系統(tǒng)包括控制單元、時間控制單元、信息處理單元、存儲單元和顯示單元五個邏輯部分?？刂茊卧校簱尨鸷陀嫊r使能開關(guān)；時間控制單元有：倒計時使能驅(qū)動；信息處理單元有：搶答開關(guān)、加減分開關(guān)；存儲單元有：得分加減控制端；顯示單元有：倒計時顯示、四位選手得分顯示、最先搶答的選手編號顯示、答題選手

5、的得分顯示。系統(tǒng)的總框圖如下所示：系統(tǒng)總框圖：圖1 系統(tǒng)總設(shè)計框圖正如圖1系統(tǒng)框圖所示，控制單元只執(zhí)行兩項(xiàng)任務(wù)：驅(qū)動計時器開始計時和驅(qū)動搶答器狀態(tài)有效；信息處理單元主要接受選手搶答，并為最先搶到的選手進(jìn)行編碼（同時鎖死搶答器），在時間使能的條件下，根據(jù)正誤邏輯判斷和選手編號的譯碼，驅(qū)動相應(yīng)的存儲單元部分進(jìn)行加減分；存儲單元主要記錄每個選手的分?jǐn)?shù)，并可根據(jù)加減分條件對某個選手加減分；時間控制單元主要為信息處理單元提供使能條件，保證答題的時間限制；顯示單元則執(zhí)行各個部分的顯示功能，例如選手編號，得分和倒計時。 整個邏輯部分的關(guān)聯(lián)關(guān)系如下圖：邏輯關(guān)聯(lián)部分：圖2 各邏輯部分關(guān)聯(lián)圖六、 系統(tǒng)執(zhí)行流程圖圖

6、3 倒計時功能電路圖七、 主要器件選擇1 十進(jìn)制可逆計數(shù)器74LS192 * 2；2 優(yōu)先權(quán)編碼器74LS148 * 2；3 譯碼器74LS139 * 1；4 十六進(jìn)制可逆計數(shù)器74LS169 * 4；5 多路選擇器74LS153 * 2；八、 主要邏輯單元的實(shí)現(xiàn)1 時鐘控制單元(designed by 張云) 時鐘控制單元的邏輯比較簡單，主要是計數(shù)器的級聯(lián)問題，此處采用74LS192。當(dāng)LOAD端被觸發(fā)時，計數(shù)器載入預(yù)置數(shù)，其中十位為3，個位為0；當(dāng)計數(shù)器個位減至0時，輸出/BON端有效（表示需要借位），從而觸發(fā)十位減1。 輸出時間使能端計數(shù)端接顯示端圖4 倒計時功能電路圖2 信息處理單元(

7、designed by 王曉宇)信息處理單元是整個系統(tǒng)的核心，它主要控制選手的搶答并為搶到的選手編碼，以及執(zhí)行加減分的操作。當(dāng)總控端有效，有選手按搶答器時，優(yōu)先權(quán)編碼器74LS148會輸出其第一個被觸發(fā)的輸入端對應(yīng)的選手編號，同時/GSN端有效。/GSN端有效的邏輯條件是至少有一個輸入有效，即至少有一個選手搶答，因此可利用此輸出鎖死其他選手的搶答器。選手?jǐn)?shù)目為4，因此只需兩位二進(jìn)制數(shù)即可完成編號，分別為00，01，10，11。然而，按照人們?nèi)粘Ａ?xí)慣，選手編號一般從1開始，因此此處選擇兩個編碼器，一個只為顯示選手編號使用，因此其輸入從編碼器的1N端開始；另一個為選手編碼，其輸入端從編碼器的0N端

8、開始。如下兩圖所示：鎖搶答器圖5 編碼器1，為顯示編碼并鎖死其他搶答器圖6 編碼器2，輸出為搶到選手的編碼部分信息處理單元的設(shè)計圖如下：圖7 信息處理單元的設(shè)計（不含加減分部分）3 存儲單元(designed by 張云)存儲單元由四個計數(shù)器74LS169構(gòu)成，利用其UPDN端控制加減分操作，同時保證選手分?jǐn)?shù)為0時使能邏輯無效，即不存在負(fù)分；而對于顯示答題選手的分?jǐn)?shù)，則由4輸入2位的多路選擇器74LS153，根據(jù)輸入選手編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇。 部分電路如下圖： 圖8 存儲單元的設(shè)計存儲單元的設(shè)計主要由我完成，它是一項(xiàng)繁瑣的工作，因?yàn)橐浞挚紤]各種使能對加減分的影響之類的細(xì)節(jié)，例如當(dāng)時鐘使能無效，即

9、回答超時，此時應(yīng)按照回答錯誤來處理，因此，當(dāng)給分邏輯為加分時，計數(shù)器并不計數(shù)，只有減分時才執(zhí)行；或者當(dāng)選手回答錯誤，而他的分?jǐn)?shù)已經(jīng)為零分時，按規(guī)定選手的得分不得為負(fù)分，因此，此時的減分操作無效。a. 對于零分不能再減的使能邏輯為：/ENTN= right+score1+score2+score3+score4 *（選手使能）即為零分0000且回答錯誤right = 0時使能端無效，不執(zhí)行減分。b. 對于計時器到時不能加分只能減分的使能邏輯：/ENPN=(right+wrong) *（wrong+clock) 即必須在給出正誤，且或者錯誤或者時鐘有效的情況下才能執(zhí)行使能。c. 給分時倒計時停表邏

10、輯：倒計時使能之一為：EN=rightwrong表明已經(jīng)給出了正誤判斷，時鐘停止計時，本次答題結(jié)束。d. 加減分控制： UPDN=right*clock即只有倒計時范圍內(nèi)，必須回答正確才能加分；超時或者回答錯誤只能減分。九、 軟件仿真仿真假設(shè)：總控制端有效，1號選手搶到題目，并回答正確；理想輸出：當(dāng)前選手編號為1，回答后分?jǐn)?shù)為1，其余選手分?jǐn)?shù)為0，倒計時由30s開始。仿真波形圖如下，符合預(yù)期的波形結(jié)果！圖8 仿真波形圖十、 實(shí)例演示下圖的情景是四位選手得分為1 3 2 5，下一道題3號搶到，左邊兩個顯示屏顯示其號碼和分?jǐn)?shù)，在其回答正確后分?jǐn)?shù)加1，四位選手分?jǐn)?shù)變?yōu)? 3 3 5，如圖：圖8 實(shí)例演示圖十一、 感想與致謝經(jīng)過了幾天的修改和調(diào)試，實(shí)驗(yàn)總算完成了。在初期設(shè)計電路圖時本以為事情一定會按照紙上畫的那樣執(zhí)行，然而最后我才發(fā)現(xiàn)，真正耗時的竟是調(diào)試。如果說本次試驗(yàn)最大的收獲，我想必然是動手實(shí)踐的理念，畢竟紙上談兵的東西靠不住，而且數(shù)字邏輯的課程與硬件關(guān)系密切，必須要動手實(shí)踐。 最后感謝張琴老師這幾天對我們實(shí)驗(yàn)的悉心指導(dǎo)。 張云 2010.7.815