四路搶答器電路的設計與制作

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(zhì)、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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)容 -11-3.2.5.2生成模塊與仿真波形 -12-3.2.5.3轉(zhuǎn)換模塊 -12-3.2.5.4轉(zhuǎn)換模塊生成模塊 -13-3.2.6防抖模塊 -13-3.2.6.1設計內(nèi)容 -13-3.2.6.2生成模塊 -14-\o"CurrentDocument"總設計圖 -16-調(diào)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(zhì)、目的和任務創(chuàng)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(chuàng)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(chuàng)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(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。.設計課題要求2.1課程設計基本要求掌握現(xiàn)代大規(guī)模集成數(shù)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(guī)定時間時進行提示，達到規(guī)定時間發(fā)出終止音。主持人可控制加分或減分。.設計的內(nèi)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(xiàn)：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(guān)鍵，K1用于主持人復位重新?lián)尨?，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(shù)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(nèi)容搶答互鎖模塊要實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)狀態(tài)。假如選手1先搶答，則當CLK上升沿到達時，QA變?yōu)楦唠娖?，LDN變?yōu)楦唠娖剑?4161工作在保持狀態(tài)，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(jié)束時用于復位，開始下一輪搶答。若四人“同時”按下?lián)尨痖_關(guān)，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(jié)果滿足設計要求。3.2.2計時模塊3.2.2.1設計內(nèi)容計時模塊要實現(xiàn)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(xiàn)：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(jié)果滿足設計要求。3.2.3蜂鳴器模塊3.2.3.1設計內(nèi)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(nèi)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(shù)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(shù)碼管D3~D6用于顯示選手得分。該部分用硬件來實現(xiàn)，采用單時鐘同步十六進制加/減計數(shù)器74191實現(xiàn)加減分，輸出的結(jié)果直接連譯碼顯示芯片7447就可以完成分數(shù)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(chǎn)^..■■■■--■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(chǎn)□缶踐AnaBnBrnrDnoLTNOE-cRBINOFBINOGRBON而、眼!一!口一卷巨善葉叩二…產(chǎn)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(shù)狀態(tài)，QA、QB、QC、QD分別等于A、B、C、D，四個選手的分數(shù)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(shù)顯示譯碼電路7447，而7447的輸出端分別對應實驗箱數(shù)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(xiàn)加減分，還需要加入加減分控制模塊，實現(xiàn)用K7給選手加分，K8給選手減分，當按下K7時，DNUP為0，同時產(chǎn)生一個脈沖上升沿，按下K8時，DNUP為1，同時產(chǎn)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(jié)果滿足設計要求。3.2.5顯示模塊3.2.5.1設計內(nèi)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(zhuǎn)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(shù)字為1、2、4、8,無法正確顯示選手編號，因此還需要加入轉(zhuǎn)換椎塊，將信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換模塊生成模塊與仿真波形zhuanhuaninstl1圖13轉(zhuǎn)換模塊滿足設計要求。3.2.6防抖模塊3.2.6.1設計內(nèi)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(tǒng)會將這些毛刺誤以為另一次輸入，導致系統(tǒng)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(nèi)容由于實驗箱晶振為4M,而為了實現(xiàn)秒脈沖計時需要1hz的脈沖信號，為了實現(xiàn)鍵盤消抖需要100hz的脈沖信號，為了實現(xiàn)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(jīng)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(xiàn)，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(chǎn)二..：j-狎Wr＜氣“*5瑚嚴?^2^"?-r,pli_i3Tie5pli_i3Tie3plk_kaneTpli_iarie1pli_i3Tie1Dpli_i3TieSpliianeio圖16總設計圖.調(diào)試中遇到的問題在調(diào)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(shù)碼管，顯示的不是1、2、3、4,而是1、2、4、8,經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)換模塊，將信號變?yōu)?001、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