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1、成都学院（成都大学）课程设计报告智力竞赛抢答器摘要：在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光及音响等各种手段批示出第一抢答者。同时，还可以设置计分、犯规及奖惩记录等各种功能。本设计利用EDA技术，可容纳8组参赛，每组设置一个按钮供参赛者抢答使用，当一组抢答器按下后蜂鸣器报警响起，由于抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能使其余的组就抢答无效，抢答的组回答问题后由主持人进行加减分，然后主持人按复位键后继续进行抢答。关键词：EDA；锁存；复位目 录第1章 绪论11.1 课题设计目的11.2 设计要求11.3 课题设计环境1第2章 系统的组成及工作原理2
2、2.1 系统的组成框图22.2 锁存电路32.3 编码电路42.4 译码电路5第3章 系统仿真结果分析53.1 锁存电路的仿真波形53.2 编译电路的仿真波形63.3 译码电路的仿真波形63.4 智力竞赛抢答系统的仿真波形6第4章 调试与操作说明74.1 引脚设置84.2 程序下载84.3 连接引脚84.4 实验操作8第5章 结论9参考文献10附录 程序设计代码1115第1章 绪论1.1 课题设计目的本课程设计是在学完EDA技术课程后的必修课程，它的目的和任务是综合利用所学EDA技术知识完成一个具有完整功能的电子系统设计，从系统顶层模块的划分、各功能模块的硬件语言描述（编程）、各模块及整体电路
3、仿真、到最后下载到可编程器件实现真实的电路，让学生亲自体验一次采用现代电子设计自动化技术完成一个电子系统设计的全过程。让学生得到一次自主使用VHDL语言描述电路功能的训练机会，从而提高对VHDL语言的使用能力，认识仿真在设计中的重要作用，提高对使用Max+plus2 EDA软件工具的熟练程度，最终获得初步的电子系统设计经验，为毕业设计和将来从事电子设计的相关工作打下基础。1.2 设计要求可满足8个组，同时参加竞赛。抢答器复位后，数码显示为0，在竞赛主持人出完题并示意抢答开始后，每个组都可以通过各自的按钮开关发出抢答信号，抢答器一旦接收到某组最先发出的信号后，立即让数码管显出该组的组号，同时发出
4、音响提示，且对后来组发出的抢答信号一律不与理睬。主持人用复位钮复位抢答器，数码显示归0，提示音停止，在抢答组回答完问题后，重复前述过程，可进行下一题抢答。1.3 课题设计环境 EDA实验箱、微型计算机、EDA设计软件Max+plus。第2章 系统的组成及工作原理 2.1 系统的组成框图抢答器的系统组成框图如图2-1所示。抢答按钮主持人控制开关控制电路优先编码电路锁存器译码电路译码显示报警电路主体电路电路图2-1 抢答器系统组成框图电路要完成以下功能（1）优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号。（2）扬声器发出短暂声响。（3）控制电路对其
5、余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答。（4）当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关复位，以便进行下一轮抢答。由结构图（见图2-2）可知在智力竞赛抢答器设计中分为三个模块：（1）锁存电路；（2）编译电路；（3）译码电路。锁存电路编译电路译码电路Rst数码管段控制信号提示信号R1R2R3R4R5R6R7R8图2-2 智力竞赛抢答器系统的结构图可以从图2-2中看出系统的大致工作流程为：复位信号Rst和八组抢答信号输入给锁存器电路，然后由锁存器将信号锁存并传送给编码电路，编译电路根据输入的信号发出不同的编码信号给译码电路，以及不同的提示信号，译码电路经过译码输出数码管段控制信号，使数码管显示所对
6、应的数字，这样人们就可以从提示信号和数码管显示的字符获得所需要的信息，达到了设计的要求。其代码见附录。2.2 锁存电路锁存电路的模块图如图2-3所示。图2-3 锁存电路的模块图（1）系统输入信号Rst0：系统复位信号，高电平有效。R10R80：八个抢答信号，低电平有效。（2）系统输出信号G7.0：抢答结果的信号，完成抢答的选手其对应位的信号为低电平且每次最多只有一个低电平。锁存电路将复位信号rst和八组抢答信号锁存，并将抢答结果信号传送给编译电路。当复位信号rst为高电平时开始抢答，此时系统复位，八个输出信号全为1，选手抢答时，其对应的输入信号由1变为0，锁存电路将输入信号传送给输出信号，当第
7、一个选手抢答后，锁存电路的输出信号将不会再改变，直到复位信号再次为高电平时系统复位。锁存电路的程序设计见附录。2.3 编码电路编译电路的模块图如图2-4所示。图2-4 编译电路的模块图（1）系统输入信号 B70：由锁存电路传送的抢答结果信号。（2）系统输出信号Q130：抢答结果的编码信号，不同的抢答结果，其对应的编码信号不同。Q2：提示信号，有选手完成抢答时为高电平。编译电路是根据输入的抢答结果信号G70，输出不同的编码信号。当输入的抢答结果全为1时，表示此时没有人抢答，提示信号为低电平，输出一个编码信号代表这个状态；当输入的抢答结果信号满足只有一位为0其他7位全为1时，提示信号将变为高电平，
8、表示此时已经有选手完成抢答，共有八组选手，则需要八个不同的编码信号分别来代替八个抢答结果，然后将编码信号传递给译码电路。编码电路的程序设计见附录。2.4 译码电路译码电路的模块图如图2-5所示。图2-5 译码电路的模块图（1）系统输入信号A30：由编译电路产生的编码信号。（2）系统输出信号LED7S060：数码管段控制信号。采用七段数字显示译码器，根据输入的编码信号输出对应的数码管段控制信号，使数码管显示其对应的数字。译码电路的程序设计见附录。第3章 系统仿真结果分析3.1 锁存电路的仿真波形图3-1 锁存电路的仿真波形图从仿真波形（见图3-1）可以看出当复位信号rst0为高电平时，输出g的值
9、为“FF”,此时g=“11111111”；复位信号第一个高电平后，r20最先变为低电平，输出g的值为“BF”,此时g=“10111111”，之后r30也变为低电平，但是输出保持不变，一直到复位信号rst0第二个高电平，输出g的值又变为“FF”这就满足锁存电路的设计要求。3.2 编译电路的仿真波形图3-2 编译电路的仿真波形图从仿真波形图（见图3-2）可以看出，当输入信号b为“FF”时，此时代表没有人抢答，则输出Q1的值为0，Q2为低电平；输入信号b为“7F”时，此时b=“01111111”，代表第一组完成抢答，则输出Q1的值为1，Q2为高电平，提示有人完成抢答；这就满足了编译电路的设计要求。3
10、.3 译码电路的仿真波形图3-3 译码电路的仿真波形图从仿真波形图（见图3-3）可以看出，输入的编码信号a为不同值的时候，输出的数码管段控制信号有不同的值，使数码管显示相应的字符。当输入的编码信号为0时，此时代表的是没有选手完成抢答，输出的数码管段控制信号的值为“3F”，则数码管将显示字符0；当输入的编码信号为1时，此时代表的是第一组选手完成抢答，输出的数码管段控制信号的值为“06”，则数码管将显示字符1；这就满足了译码电路的设计要求。3.4 智力竞赛抢答系统的仿真波形图3-4 智力竞赛抢答器的仿真波形图从智力竞赛抢答器的仿真波形图（见图3-4）可以看到，当复位信号rst为高电平时，提示信号f
11、engming为低电平，数码管显示0，此时开始抢答，第一个复位信号下降沿之后是信号r1最先变成低电平，这时提示信号fengming变成高电平，数码管显示1，而紧接着信号r2也变为低电平，但输出信号保持不变，一直到第二个复位信号的上升沿，输出信号才转换为复位状态；由以上分析可知这个智力竞赛抢答器的设计是符合设计要求的。第4章 调试与操作说明4.1 引脚设置图4-1 引脚设置图从引脚设置图（见图4-1）可以看到，35号引脚设置为端口rst，36号39号引脚设置为端口r1r4，47号50号引脚设置为端口r5r8，58号62号引脚设置为端口led7s0led7s4，64号64号引脚设置为端口led7s
12、5led7s6，66号引脚设置为端口fengming。4.2 程序下载 打开MAX+plus菜单中programmer项，弹出一个窗口，再选择JTAG菜单中Multi Devices JTAG Chain Setupx项，在所弹出的对话框中Decive name栏选择EPC2，在Programming file name栏选择d:maxqiangda.gdf，然后单击Add，添加程序，选择所添加的程序，单击ok，确认设置，然后单击前一个窗口中Program按钮，将程序下载到EDA实验箱中。4.3 连接引脚 35号引脚连接到键开关D0，36号39号引脚连接到键开关D1D4，47号50号引脚连接到
13、键开关D5D8，58号62号引脚连接到数码管显示器端口ae，64号，65号引脚连接到数码管显示器端f，g，66号引脚连接到蜂鸣器。4.4 实验操作 将键开关D0D8全部设置为1，这时蜂鸣器没有发出声音，数码显示器显示为0；然后把D0调为0，再按下其中任意一个开关，使其为0，则可以听到蜂鸣器发出声音，数码显示器其会显示其对应的数（例如D3为0则显示3），这时按D1D8其他开关，数码显示器显示的数字不会发生改变，再把D0调为1，数码显示器又显示为0；这是满足智力竞赛抢答器的设计要求的。第5章 结论本次课程设计花了一个星期，由于是第一次做课程设计，一开始什么都不懂，因此此次设计完全是一个学习的过程，
14、经过这次课程设计，对它的流程有了一个大致的了解，为我以后的毕业设计打下了基础。本课程设计的基本流程是：(1) 进行整体方案设计；(2) 软件设计编写程序；(3) 硬件绘制电路图；(4) 用Protues进行仿真。这次课程设计考验了我的知识掌握程度，也锻炼了我的动手、动脑能力。设计中会遇到一些问题，经过查阅资料，请教一些学长，都一一解决，虽然此次设计花费了一番功夫，但我收获了很多，无论是对设计方法的掌握，还是对仿真软件的使用，都有了一定的提高。同时，此次课程设计也让我发现了自身存在的一些知识漏洞和动手能能力的缺乏。今后我会更加努力学习，进一步提高自己。通过此次设计。我对EDA的了解更深入了，也对它的技术产生了浓厚的兴趣，特别是在调试成功时，有很强的喜悦感。在设计的过程中遇到很多的问题，比如在抢答时，一组抢答了，但其他的还能抢答，虽然能正确显示组号，但是，这样肯定不符合电路的要求，经过检查后才发现是自己代码编写错误，没有进行锁存功能。
