天津大学自动化2010级电子课程设计实验报告

电子课程设计实验报告

叶林奇 2012/12/28

班级：自动化2班 学号：3010203109

电子课程设计实验报告

一、 实验题目：智力竞赛抢答器 二、 实验要求：

1、主持按下启动键后，秒时钟计时开始，在规定时间40s之内某选手按下抢答键时，显示席位号，表示正常抢答，秒时钟自动停止； 2、主持按下启动键后，秒时钟计时开始， 40s还没有选手按下抢答键，表示放弃抢答，秒时钟自动停止；

3、主持人未按下启动键时，某选手就按下抢答键，显示对应席位号，并发出响声，表示抢答犯规。

4、当第一个选手按下抢答键后，电路将其他各组按键封锁，使其不起作用。

5、电路具有复位功能。 三、设计思路

启动与复位功能采用RS触发器的思想，启动与复位按键按下一次均产生一个高电平脉冲，利用触发器的锁存功能，实现启动键置位、复位键清零的功能。计时功能用两个十进制计数器串联实现，计数器的CP计数端接入外部秒脉冲，计数器输出当前计数值的二进制值，将高位和低位计数器输出分别接入两个带译码器的数码管，即可显示当前计数值。

抢答器的关键部分是逻辑功能的实现，为方便设计，可以采用真值表。例如，对于蜂鸣器，有如下真值表：

主持人 选手1 选手2 选手3 选手4 蜂鸣器 触发器（H） 触发器（A） 触发器（B） 触发器（C） 触发器（D） （S） 0 0 1 1 有1个为1 全为0 有1个为1 全为0 1 0 0 0 因此得到，SH(ABCD)，此式确定了蜂鸣器的输入逻辑关系，可以方便地转化为逻辑门电路。

抢答器的主要功能是“当第一个选手按下抢答键后，电路将其他各组按键封锁，使其不起作用”，采用反馈的思想可以实现此功能。选手和主持人的状态都储存在触发器中，将四个选手的当前状态值相或后反馈到触发器的使能端，只要有一个选手按下按键，每位选手的输入触发器便被封锁，输入不再有效。 四、 电路设计 1、 总体电路

2、 各部分电路与原理介绍 （1） 主持人（启动/复位键）

采用RS触发器异步置位、复位

（2） 选手

采用集成D触发器，只要有一个选手按下按键，通过反馈使得CLK恒为0，输入被封锁

（3） 计时部分

两片74160串联构成100进制计数器

（4） 显示部分

采用编码器74147将选手号码转换为二进制数1,2,3,4，接到带译码器的数码管后可显示出选手号码

（5） 蜂鸣器

采用三态门，当出现犯规时三态门使能，高频脉冲输入蜂鸣器使其发出响声。

五、 电路仿真

仿真图应能代表实际操作中的各种主要情况。下图中，先按下RESET键，所有状态清零。选手PLAYER3提前抢答，蜂鸣器SPEAKER置位报警，DCBA输出选手号码为0011。主持人再按下RESET键，所有状态清零，蜂鸣器停止响声。等到主持人按下START键，计时输出（高位Q8\\Q7\\Q6\\Q5，低位Q4\\Q3\\Q2\\Q1）每隔一秒加1，PLAYER3率先抢答，计时停止，DCBA输出选手号码为0100。其后再有选手作答，DCBA不再变化。主持人按下RESET键，所有状态清零，按下START键，开始计时。40s

内无人抢答。40s时计时停止，此后有选手抢答，但DCBA不变化，抢答无效。仿真结果有效地验证了所设计电路的可行性。

六、 实验心得

通过本实验，掌握了max+plusII的使用方法，了解了FPGA的结构原理和使用方法。综合使用了数电、自动控制理论、PLC等课程的思想和原理，将所学知识融会贯通，受益很大。