數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)--八位數(shù)字搶答器

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　課程名稱電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐</p><p>　　題目名稱 八位數(shù)字搶答器 _</p><p>　　學(xué)生學(xué)院 _</p><p>　　專業(yè)班級(jí) _ </

2、p><p>　　學(xué) 號(hào)_ _</p><p>　　學(xué)生姓名_ _</p><p>　　同組成員 </p><p>　　指導(dǎo)教師_ _ _ </p><p>　　年

3、 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書.................................................3 </p><p>　　2 Quartus II軟件運(yùn)行環(huán)境與使用簡(jiǎn)介..............................

4、.6</p><p>　　3 各模塊電路圖及其工作原理.......................................6</p><p>　　3.1 搶答模塊..................................................6</p><p>　　3.2 倒計(jì)時(shí)模塊(含報(bào)警系統(tǒng)).................

5、...................7</p><p>　　3.3 附加記分模塊..............................................7</p><p>　　4 操作過程詳述..................................................8</p><p>　　更好的設(shè)計(jì)方案設(shè)想....

6、........................................11</p><p>　　6 收獲及心得體會(huì)................................................12</p><p>　　參考文獻(xiàn).........................................................12</p>

7、;<p>　　附錄:系統(tǒng)整體電路圖..............................................12</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容</b></p><p>　　1）利用各種器件設(shè)計(jì)一個(gè)多路智力競(jìng)賽搶答器。

8、2）利用DE2板對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行驗(yàn)證。 3）總結(jié)電路設(shè)計(jì)結(jié)果 </p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù)</p><p>　　1． 搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S0 ~ S7表示。 2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。 3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在優(yōu) </p>

9、<p>　　先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如,30秒）。 </p><p>　　當(dāng)主持人啟動(dòng)"開始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲</p><p>　　響，聲響持續(xù)的時(shí)間0.5秒左右。 5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作

10、，顯示器</p><p>　　上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 6. 如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定</p><p>　　時(shí)顯示器上顯示00。</p><p>　　三、課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作</p><p><b>　?。ㄒ唬?設(shè)計(jì)思路</b></p

11、><p><b>　　1．學(xué)習(xí)要求：</b></p><p>　　復(fù)習(xí)編碼器、十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器的工作原理，設(shè)計(jì)可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路分析與設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路。畫出定時(shí)搶答器的整機(jī)邏輯電路圖，掌握智力搶答器的工作原理及其設(shè)計(jì)方法，并對(duì)各種元器件的功能和應(yīng)用有所了解。并能對(duì)其在電路中的作用進(jìn)行分析。例如：優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279以及十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)

12、器74LS192。</p><p><b>　　2． 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　設(shè)定一條控制總線S 控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作，高電平有效。設(shè)定一個(gè)清零控制，用于清除上一次搶答的顯示，高電平清零。另設(shè)定了一個(gè)自主的計(jì)數(shù)器置數(shù)控制set。由于DE2板上僅提供50MHz和27MHz的時(shí)鐘，需設(shè)定 lpm_counter分頻器（或者74LS292、74LS56分頻器）對(duì)

13、系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻，計(jì)數(shù)器主要是用兩個(gè)74LS190，通過這兩個(gè)計(jì)數(shù)器，進(jìn)行30秒的倒數(shù)。</p><p><b>　　（二） 模擬仿真</b></p><p>　　使用QUARTUS II軟件，用原理圖輸入方法，進(jìn)行編譯，仿真。</p><p><b>　?。ㄈ?下載</b></p><p>　　

14、模擬仿真結(jié)果正確后，結(jié)合實(shí)驗(yàn)板設(shè)置各輸入、輸出端；指定下載芯片，重新編譯。編譯結(jié)果正確后下載到相應(yīng)芯片中。 </p><p>　　（四） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證</p><p>　　下載完成后，在實(shí)驗(yàn)板上驗(yàn)證結(jié)果。</p><p>　　四、課程設(shè)計(jì)進(jìn)程安排</p><p>　　五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)</p><p>　　

15、1. 閻石. 數(shù)字電子技術(shù). 高等教育出版社,2006.</p><p>　　2. 廖日坤. CPLD/FPGA嵌入式應(yīng)用開發(fā)技術(shù)白金手冊(cè). 中國(guó)電力出版社，2005.</p><p>　　3. 何希才. 常用集成電路簡(jiǎn)明速查手冊(cè). 國(guó)防工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　4. 李洪偉. 基于Quartus II 的FPGA/CPLD設(shè)計(jì). 電子工業(yè)出版社，

16、2006.</p><p>　　5. 周潤(rùn)景. 基于Quartus II的FPGA/CPLD數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例. 電子工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　發(fā)出任務(wù)書日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名：</p><p>　　計(jì)劃完成日期： 年 月 日 基層教學(xué)單位責(zé)任人簽章：</p><p

17、><b>　　主管院長(zhǎng)簽章：</b></p><p>　　2 Quartus II軟件運(yùn)行環(huán)境與使用簡(jiǎn)介</p><p>　　Quartus II 是Altera公司的綜合性PLD開發(fā)軟件，支持原理圖、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多種設(shè)計(jì)輸入形式，內(nèi)嵌自有的綜合器以及仿

18、真器，可以完成從設(shè)計(jì)輸入到硬件配置的完整PLD設(shè)計(jì)流程。</p><p>　　Quartus II的運(yùn)行環(huán)境要求比較寬松，可以在XP、Linux以及Unix上使用，硬件要求也不高，具有運(yùn)行速度快，界面統(tǒng)一，功能集中，易學(xué)易用等特點(diǎn)。</p><p>　　Altera Quartus II 作為一種可編程邏輯的設(shè)計(jì)環(huán)境, 由于其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力和直觀易用的接口，越來越受到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的歡迎。

19、 </p><p>　　使用Quartus II進(jìn)行設(shè)計(jì)的步驟如下：1.新建工程 2.繪制電路 3.編譯與分配管腳 4.運(yùn)行與調(diào)試 。</p><p>　　3 各模塊電路圖及其工作原理</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們把整個(gè)電路分為：搶答模塊、倒計(jì)時(shí)模塊(含報(bào)警系統(tǒng))、附加記分模塊。</p><p><b>　　3.1 搶

20、答模塊</b></p><p>　　在這個(gè)模塊中，在主持人按下開關(guān)之后，開關(guān)控制的倒計(jì)時(shí)模塊反饋一高電平到圖中的與非門中，同時(shí)74279的Q4清0，通過非門反饋一高電平，從而使EIN’的輸入為低電平，從而使優(yōu)先編碼器正常編碼。而當(dāng)有任何一個(gè)選手搶答之后，會(huì)對(duì)其進(jìn)行編碼，通過74249把它變成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)，再通過加法器加1，讓選手號(hào)從1號(hào)開始。如果有人搶答時(shí)圖中Q4反饋高電平（未倒數(shù)完），或者倒數(shù)結(jié)束

21、，這時(shí)候會(huì)使EIN’的輸入為高電平，從而使優(yōu)先編碼器的輸出封鎖在高電平（74279的輸出保持不變）。從而使第一個(gè)搶答的選手號(hào)可以保存。最后連接7447，驅(qū)動(dòng)顯示數(shù)字。</p><p>　　3.2 倒計(jì)時(shí)模塊(含報(bào)警系統(tǒng))</p><p>　　CLOCK信號(hào)經(jīng)74292由高頻被分頻至秒脈沖。74292的輸出通過與門接到記數(shù)器的時(shí)鐘輸入端。主持人開關(guān)與兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)端相連，開始之前，

22、由74279的Q4通過非門反饋至上圖與門的信號(hào)為低電平，所以，當(dāng)主持人開始前，是不計(jì)時(shí)的。開始后，有人搶答前，Q4輸出的反饋信號(hào)至與門時(shí)為高電平，同時(shí)十位的計(jì)數(shù)器因時(shí)間未用完反饋至與門的也為高電平，則計(jì)數(shù)器在開始后就可以隨著CLOCK信號(hào)計(jì)數(shù)了。</p><p>　　有人搶答后，Q4輸出高電平，經(jīng)非門連至與門，則記數(shù)器輸入的減法信號(hào)保持為低電平，停止計(jì)時(shí)。</p><p>　　如果時(shí)間用完

23、，仍無人搶答時(shí)，與計(jì)數(shù)器相連的或門輸出為低電平(通過一個(gè)非門輸出高電平使燈亮報(bào)警)，反饋至與門，則記數(shù)器輸入的減法信號(hào)保持為低電平，停止計(jì)時(shí)。 </p><p><b>　　3.3附加記分模塊</b></p><p>　　當(dāng)選手答對(duì)時(shí)，按下開關(guān)，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，讓記數(shù)器加1，然后通過7447顯示分?jǐn)?shù)。</p><p><b>　　4

24、操作過程詳述</b></p><p><b>　　一 新建工程</b></p><p>　　1 在文件菜單下 ，選擇新建工程，向?qū)?duì)話框出現(xiàn)，按“下一步”</p><p>　　2 設(shè)定相關(guān)文件路徑、文件名等</p><p>　　3 選擇“下一步”，進(jìn)入到第二頁</p><p>　　4

25、由于所有的文件共享同一個(gè)名字，此時(shí)不需添加其它的文件，選擇“下一步”</p><p>　　5 設(shè)定器件，器件系列選用Cyclone II，封裝選用FBGA，引腳數(shù)選256，速度級(jí)別選”Fastest”，在器件列表中選擇EP2C5F256C6，選擇“下一步”</p><p>　　6 在第四頁中，可以選擇第三方的EDA 工具。由于練習(xí)是在Quartus II 中進(jìn)行的，所以選擇“下一步”。&l

26、t;/p><p>　　7 然后出現(xiàn)概述的頁面，就選擇“完成“。工程就建好了。</p><p><b>　　二 設(shè)計(jì)電路</b></p><p>　　1 建立文件File-〉New， 選擇Block Diagram/Schematic File.</p><p>　　2 保存文件 File-〉Save as，同時(shí)選中 Add

27、file to Current project.</p><p>　　3 用圖形編輯器輸入設(shè)計(jì)的四個(gè)步驟：導(dǎo)入邏輯門電路符號(hào)、導(dǎo)入輸入/輸出符號(hào)、用線連接節(jié)點(diǎn)、編譯電路。</p><p>　　4 導(dǎo)入邏輯門電路符號(hào)</p><p>　　用鼠標(biāo)雙擊圖形編輯器窗口的空白處或單擊左側(cè)工具條中的“門電路”圖標(biāo),選擇所需元件。</p><p>　　5

28、導(dǎo)入輸入/輸出符號(hào)</p><p><b>　　與第4 項(xiàng)類似。</b></p><p><b>　　6 用線連接節(jié)點(diǎn)</b></p><p>　　點(diǎn)擊直角連線工具圖標(biāo)，然后將鼠標(biāo)置于元件邊沿，按下鼠標(biāo)左鍵保持不變，拖放連線至另一元件的端點(diǎn)上。</p><p><b>　　三 編譯<

29、/b></p><p>　　1建立工程后，選擇“processing－start compilation”</p><p>　　2如果編譯成功即會(huì)出現(xiàn)compilation report窗口；如果編譯過程出現(xiàn)錯(cuò)誤，則編譯會(huì)自動(dòng)停止，并在消息框中顯示錯(cuò)誤信息。</p><p>　　3改正錯(cuò)誤，直到編譯成功。</p><p><b&g

30、t;　　四 分配管腳</b></p><p>　　選擇路徑“Assignment－pins”，對(duì)應(yīng)“l(fā)ocation”一欄，根據(jù)查表的數(shù)據(jù)把連線的配置設(shè)置好。</p><p><b>　　然后再編譯一次</b></p><p><b>　　五 電路仿真運(yùn)行</b></p><p>　　本

31、課程設(shè)計(jì)中，采用JTAG 模式下載設(shè)計(jì)。(SW19 置于RUN 位置)</p><p>　　1 菜單命令Tools－>Programmer 打開編程窗口</p><p>　　2 若沒有顯示硬件，則單擊Hardware Setup..，打開硬件設(shè)置窗口。</p><p>　　3 雙擊USB Blaster，然后單擊close，完成硬件設(shè)置。</p>

32、<p>　　4 添加下載文件，找到.sof文件，選中program/configure.</p><p>　　5 單擊start 按鈕，開始編程，編程結(jié)束后，可按設(shè)計(jì)方案運(yùn)行。</p><p><b>　　六 仿真結(jié)果簡(jiǎn)述</b></p><p>　　按下主持人開關(guān)后，計(jì)時(shí)開始，數(shù)碼管顯示倒數(shù)過程。如果沒有人在30秒內(nèi)搶答，倒數(shù)到0

33、0后停止，報(bào)警燈亮；如果30秒內(nèi)有人搶答，記數(shù)停止，數(shù)碼管顯示選手編號(hào)，下一個(gè)選手搶答，選手編號(hào)也不變。按下加分鍵，選手分?jǐn)?shù)會(huì)加1。</p><p>　　5. 更好的設(shè)計(jì)方案設(shè)想</p><p>　　由于上面設(shè)計(jì)的記分模塊各個(gè)選手是獨(dú)立的，為了把8個(gè)部分整合要一起，用一個(gè)開關(guān)控制和一個(gè)數(shù)碼管顯示，我參考了別的同學(xué)的方案，把他的方案作為改進(jìn)方案。</p><p>　　

34、這個(gè)模塊的從74138開始，輸入信號(hào)從搶答模塊輸出端取，當(dāng)取到選手號(hào)后，對(duì)應(yīng)的輸出端輸出低電平，通過非門輸出高電平連接到對(duì)應(yīng)的與門，使該與門的輸出受開關(guān)控制，而其它組的與門封鎖在低電平。而記數(shù)功能與之前的模塊原理一樣，記數(shù)器的輸出接上三態(tài)門，同過它來控制哪位選手的分?jǐn)?shù)可以輸出。</p><p><b>　　6.收獲與心得體會(huì)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)要

35、求我們把所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際問題中來，要求我們對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握的水平比較高，要能綜合運(yùn)用。通過這次設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)自己所學(xué)知識(shí)的掌握不夠，僅僅掌握了元件本身特性，并沒有去更深層次的想它的的靈活運(yùn)用。因此走了一些彎路。還有在設(shè)計(jì)過程中，缺少與別人的交流也讓我走了彎路，多與人交流，就能匯集更多智慧，吸收更多好的思路，更快的完善好自己的設(shè)計(jì)。這次課程實(shí)際不僅讓我對(duì)相關(guān)知識(shí)有了更深的理解，也讓我明白到交流的重要性。</p><p&g

36、t;<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1. 閻石. 數(shù)字電子技術(shù). 高等教育出版社,2006.</p><p>　　2. 廖日坤. CPLD/FPGA嵌入式應(yīng)用開發(fā)技術(shù)白金手冊(cè). 中國(guó)電力出版社，2005.</p><p>　　3. 何希才. 常用集成電路簡(jiǎn)明速查手冊(cè). 國(guó)防工業(yè)出版社，2006.</p><