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1、EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)題目： 智力競(jìng)賽搶答器 姓名： 張建勛 班級(jí)： 電子11-3班 成績(jī)： 一、設(shè)計(jì)題目及要求1設(shè)計(jì)題目：智力競(jìng)賽搶答器2要求：（1）五人參賽每人一個(gè)按鈕，主持人一個(gè)按鈕， 按下就開(kāi)始；（2）每人一個(gè)發(fā)光二極管，搶中者燈亮；（3）有人搶答時(shí)，喇叭響兩秒鐘；（4）答題時(shí)限為10秒鐘，從有人搶答開(kāi)始，用數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)間，0、9、81、0；倒計(jì)時(shí)到0的時(shí)候，喇叭發(fā)出兩秒聲響。二、設(shè)計(jì)過(guò)程及內(nèi)容1 總體設(shè)計(jì)方案智力搶答器由5名選手及主持人作為共同輸入端，由主持人控制總開(kāi)關(guān)。當(dāng)主持人打開(kāi)開(kāi)關(guān)按鈕后，處于高電平狀態(tài)，搶答開(kāi)始。此時(shí)選手進(jìn)行搶答，搶答后的答題時(shí)間為十秒，搶答者搶答時(shí)輸出高電平有
2、效，最先搶答的人對(duì)應(yīng)的二極管發(fā)亮，表示該選手搶中，同時(shí)喇叭響兩秒，且數(shù)碼管顯示器開(kāi)始進(jìn)行十秒倒計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)器再次為0時(shí)，喇叭再響2秒鐘，搶答及答題過(guò)程結(jié)束。主持人控制的總開(kāi)關(guān)可復(fù)位，當(dāng)主持人關(guān)閉開(kāi)關(guān)時(shí)，處于低電平狀態(tài)，此時(shí)發(fā)光的二極管熄滅，倒計(jì)時(shí)歸零，搶答器不工作，選手無(wú)法搶答，直到主持人再次打開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，進(jìn)行下一輪搶答。經(jīng)分析，本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)包括3個(gè)方面：開(kāi)始搶答時(shí)，最先按下開(kāi)關(guān)的選手為搶中者，此時(shí)其他選手按開(kāi)關(guān)無(wú)效；沒(méi)有搶答者搶答時(shí)，沒(méi)有任何輸出變化，當(dāng)有搶答者搶中時(shí)，對(duì)應(yīng)發(fā)光二極管發(fā)光，喇叭開(kāi)始響兩秒，同時(shí)10s倒計(jì)時(shí)開(kāi)始，關(guān)鍵在于同步性問(wèn)題；主持人的總開(kāi)關(guān)在任何時(shí)刻關(guān)閉開(kāi)關(guān)，都可以使
3、整個(gè)系統(tǒng)還原到最初沒(méi)有搶答的狀態(tài)。設(shè)計(jì)方案如下:根據(jù)要求將整個(gè)課題設(shè)計(jì)分為4個(gè)模塊，分別為搶答器，分頻器，2s發(fā)聲器，10s倒計(jì)時(shí)器?？傮w方案的模塊總設(shè)計(jì)原理圖如下圖：原理圖介紹說(shuō)明：搶答器模塊中用五個(gè)高低電平控制開(kāi)關(guān)（AA-EE）作為五名選手的輸入端，并用五個(gè)輸出端（YA1-YE5）外接發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng)于五個(gè)輸入端；另取一個(gè)高低電平控制開(kāi)關(guān)(FF)作為主持人輸入端；六個(gè)輸入端共同控制搶答器模塊。脈沖輸入信號(hào)輸入端（CCLLKK）輸入頻率732HZ的時(shí)鐘信號(hào)，后邊經(jīng)分頻器模塊產(chǎn)生1HZ的時(shí)鐘信號(hào)，為發(fā)聲器模塊和10s倒計(jì)時(shí)模塊提供時(shí)鐘脈沖頻率，分頻器模塊受主持人開(kāi)關(guān)和搶答器模塊共同控制。10
4、s倒計(jì)時(shí)器模塊受主持人開(kāi)關(guān)和搶答器模塊共同控制，七個(gè)輸出端對(duì)應(yīng)接七段顯示譯碼管。2s發(fā)聲器模塊有兩個(gè)，其輸出端均接喇叭，其中一個(gè)受受主持人開(kāi)關(guān)和搶答器模塊共同控制，另一個(gè)受主持人開(kāi)關(guān)和10s倒計(jì)時(shí)器模塊共同控制。另外兩個(gè)D觸發(fā)器，做控制開(kāi)關(guān)?？傮w設(shè)計(jì)的仿真波形如下圖：仿真說(shuō)明：主持人FF開(kāi)關(guān)處于高電平狀態(tài)時(shí)是搶答與答題環(huán)節(jié)，開(kāi)始的一段屬于測(cè)試階段，EE選手高電平最先搶中，對(duì)應(yīng)的YE5的輸出端輸出高電平，并驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光，同時(shí)第一個(gè)發(fā)聲器的輸出端（YLB1）輸出2秒的高電平驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲，表示有搶答者搶答成功，同時(shí)10s倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，然后主持人FF關(guān)閉開(kāi)關(guān)，輸出低電平，整個(gè)系統(tǒng)
5、還原為搶答前最初狀態(tài)，可見(jiàn)重點(diǎn)與難點(diǎn)全部完成實(shí)現(xiàn)，測(cè)試成功。接下來(lái)一段屬于正常搶答過(guò)程，前半段的原理同第一段，后半段顯示譯碼管（YY）依次顯示“”，當(dāng)?shù)诙€(gè)“0”出現(xiàn)時(shí)，第二個(gè)發(fā)聲器的輸出端（YLB2）輸出2秒的高電平驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲，表示答題時(shí)間到，整體實(shí)驗(yàn)成功。主持人FF開(kāi)關(guān)再次處于低電平狀態(tài)時(shí)，不能搶答，回到搶答前的最初狀態(tài)，當(dāng)再次輸出高電平時(shí)，進(jìn)行下一輪搶答。接下來(lái)介紹各模塊的工作原理。2 模塊一：搶答器模塊邏輯原理圖：原理圖說(shuō)明：AE輸入端代表五個(gè)參賽選手，F(xiàn)輸入端為置零端，主持人控制，QAQE輸出端接發(fā)光二極管。當(dāng)F置于低電平時(shí)，5個(gè)DFF觸發(fā)器都被置零，AE都無(wú)法搶答，當(dāng)F置于高電平
6、時(shí)，搶答開(kāi)始，強(qiáng)中者對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光，并通過(guò)非門和與門將CP信號(hào)封鎖，并輸入低電平到DFF中，則其他選手再次按鍵時(shí)結(jié)果不會(huì)改變，實(shí)現(xiàn)了一人搶答后，其他人不能再做答，當(dāng)主持人F清零后，與門處的CP信號(hào)打開(kāi)，主持人F重新置于高電平試則可重新?lián)尨?。仿真波形圖：仿真圖說(shuō)明：當(dāng)主持人F置于低電平時(shí)，選手無(wú)法搶答；當(dāng)主持人置于高電平時(shí)，選手開(kāi)始搶答，首先搶答的是E，對(duì)應(yīng)的QE二極管發(fā)光，其他人搶答對(duì)結(jié)果沒(méi)影響；當(dāng)主持人F清零后，E的二極管由亮到滅，當(dāng)主持人F重新置于高電平試搶答重新開(kāi)始。3 模塊二：分頻模塊邏輯原理圖：原理圖說(shuō)明：三個(gè)74160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成一個(gè)732進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)到731時(shí)三
7、個(gè)計(jì)數(shù)器的LDN同時(shí)置零，計(jì)數(shù)重新從0開(kāi)始，完成了732分頻。輸入端FPKG是分頻器開(kāi)關(guān)，當(dāng)FPKG為低電平時(shí)，3個(gè)74160計(jì)數(shù)器清零，當(dāng)FPKG為高電平時(shí)，將輸進(jìn)來(lái)的732HZ的脈沖分頻成1HZ的脈沖，并從輸出端1HZ輸出，為兩秒計(jì)時(shí)器和十秒倒計(jì)時(shí)器提供時(shí)鐘脈沖，F(xiàn)PKG此開(kāi)關(guān)保證了此模塊可以與之外的其他模塊保持同步性。仿真波形圖：仿真說(shuō)明：當(dāng)FPKG為高電平時(shí)732HZ的脈沖通過(guò)分頻器被分頻成1HZ的脈沖，并從1HZ端輸出。當(dāng)FPKG為低電平時(shí)，不能進(jìn)行分頻，1HZ端一直輸出低電平。4 模塊三：10s倒計(jì)時(shí)模塊邏輯原理圖：原理圖說(shuō)明：此十秒倒計(jì)時(shí)器是由74168和7448組成的十進(jìn)制減法
8、計(jì)數(shù)器，它只保留預(yù)置數(shù)端、CLK信號(hào)端、計(jì)數(shù)輸出端，其余的都置為0.。IN是同步置零端，并且與分頻模塊中的輸入端FPKG同步，保證了與其他模塊同步以及清零還原的功能，當(dāng)IN置于高電平時(shí)，74168有效，倒計(jì)時(shí)開(kāi)始。當(dāng)輸出9-1時(shí)，右邊的D觸發(fā)器輸出結(jié)果總是0，不影響CLK信號(hào)。當(dāng)輸出從1到0時(shí)，右邊的D觸發(fā)器到上升沿，并輸出1，則或非門輸出結(jié)果為1，則CLK信號(hào)被封鎖,此時(shí)倒計(jì)時(shí)器保持在0不變。若要重新開(kāi)始，則把IN同步置零即可。QL端輸入的是清零脈沖，此端口不受外邊其他模塊的限制，一直輸入脈沖信號(hào)，該端口是為了保證任何時(shí)候主持人關(guān)閉開(kāi)關(guān)時(shí)（控制INN）都可以使該模塊還原到最初狀態(tài)，從零開(kāi)始，
9、工作原理是，當(dāng)INN為低電平，QL信號(hào)輸入74168，將74168同步置零，當(dāng)INN高電平時(shí)通過(guò)非門與門封鎖QL信號(hào)，該模塊可以倒計(jì)時(shí)工作。輸出端jskg控制第二個(gè)發(fā)聲器模塊，當(dāng)?shù)诙巍?”出現(xiàn)時(shí)，由低電平變?yōu)楦唠娖健Ｗ筮叺腄觸發(fā)器是為了處理前面四或門因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)帶來(lái)的毛刺的，該步驟在最后說(shuō)明。仿真波形圖：仿真說(shuō)明：當(dāng)INN為高電平1且有CLK信號(hào)時(shí)，倒計(jì)時(shí)開(kāi)始，顯示管顯示，輸出結(jié)果0,9,80，最后保持零不變，前邊一段表示當(dāng)輸入信號(hào)INN突然為低電平0時(shí)，倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)清零，還原到最初狀態(tài)。5 模塊四：2s發(fā)聲器模塊邏輯原理圖：原理圖說(shuō)明：將74160接成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，輸出端和CLKK用與門連接
10、。當(dāng)INN輸入為0時(shí)，清零，Q1Q4輸出為0；當(dāng)C1輸入為1時(shí)，CLKK脈沖通過(guò)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到2時(shí)，輸出端通過(guò)與門使CLKK信號(hào)封鎖，計(jì)數(shù)器保持在2不變，當(dāng)INN再次為0時(shí)，該模塊還原到最初狀態(tài)。同時(shí)該模塊的輸出端LB只在計(jì)數(shù)器為0和1的時(shí)候輸出高電平1，喇叭發(fā)聲，計(jì)數(shù)器為2時(shí)輸出低電平0，喇叭不發(fā)聲。仿真波形圖：仿真說(shuō)明：當(dāng)INN輸入為0時(shí)，輸出為0；當(dāng)INN輸入為1且有CP脈沖時(shí)，開(kāi)始2s計(jì)時(shí)，“0 1 2”到“2”停止。輸出端LB在輸入端INN為高電平1時(shí)且計(jì)數(shù)器為“0、1”時(shí)輸出高電平1，在計(jì)數(shù)器為“2”時(shí)或INN為低電平0時(shí)輸出低電平0。三、設(shè)計(jì)結(jié)論設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題：10
11、s倒計(jì)時(shí)器模塊中，由于74168的輸出端存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，導(dǎo)致或門輸出端出現(xiàn)毛刺，并且該毛刺影響了本模塊及第二個(gè)發(fā)生器模塊的正常工作，故在或門之后添加D觸發(fā)器，其時(shí)鐘信號(hào)輸入端輸入732HZ的脈沖信號(hào)。經(jīng)此改進(jìn)，消除了之前的問(wèn)題，并且沒(méi)有影響到其他環(huán)節(jié)的正常工作，整個(gè)系統(tǒng)功能得到完美的實(shí)現(xiàn)。感想：通過(guò)兩個(gè)星期的EDA課程設(shè)計(jì)，不但使我熟悉了EDA課程設(shè)計(jì)的基本思想和基礎(chǔ)知識(shí)，初步掌握MAX-plus軟件的使用，而且更真切地感受到數(shù)字電子在現(xiàn)代高科技信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的重要地位。回想剛看到設(shè)計(jì)題目時(shí)的困惑與緊張，電路正確卻仿真不出符合波形時(shí)的憤怒，一次又一次失敗后的不耐煩當(dāng)一個(gè)個(gè)模塊都成功，連總電路都正確時(shí)，內(nèi)心有種說(shuō)不出的喜悅，也終于可以松口氣了。通過(guò)簡(jiǎn)單電路的設(shè)計(jì)，提高了我的獨(dú)立思考能力，延伸了在課堂上學(xué)到的知識(shí)。以前數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)都是在紙上設(shè)計(jì)，這次是在電腦上，第一次讓我真實(shí)地了解到所學(xué)專業(yè)能做些什么，不再像以前那么迷茫，也使我意識(shí)到高端都源于基礎(chǔ)，基礎(chǔ)課還是很重要的。此次課程設(shè)計(jì)讓我看到了EDA技術(shù)功能的強(qiáng)大，我也為我這次的這次試驗(yàn)完美的成功感到高興，同時(shí)也看到了自己的差距與不足，我知道只有今后努力學(xué)習(xí)，拓寬知識(shí)面，才能更好的掌握這項(xiàng)技術(shù)，適應(yīng)社會(huì)發(fā)展。8
EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)-- 智力競(jìng)賽搶答器
