摘要畢業(yè)設計（論文）PAGEIVPAGE0畢業(yè)論文題目：四人搶答器院系機電工程系班級學生姓名指導教師2015年5月20日四人搶答器的設計摘要本設計借助于QuartusⅡ軟件在計算機上仿真制作了四人搶答器。在搶答類競賽中，通過選手按動按鍵的先后，判定由哪位選手回答問題，并且實現(xiàn)倒計時和對選手加減分的功能。本設計分為四個模塊分別設計，每個模塊完成不同的功能，分別實現(xiàn)搶答器的不同功能，各個模塊共同作用，以實現(xiàn)整個設計的總體功能。然后在QuartusⅡ軟件中通過波形仿真，檢驗該設計的具體功能與要求相一致，實現(xiàn)了四人搶答器的相關(guān)功能關(guān)鍵詞：QuartusⅡ搶答器仿真搶答器電路、倒計時電路、報警電路、時序控制前言目錄前言 1第1章緒論 21.1搶答器設計要求 21.2基本功能 21.3擴展功能 2第2章單元電路 32.1主控制模塊： 32.1.1主要功能 32.1.2電路圖： 32.1.3電路圖分析： 42.2計分模塊 42.310s倒計時模塊 72.4100s計時模塊 72.5警示音模塊 9第3章總體設計圖 103.1搶答器總設計圖 103.2搶答器工作原理 11結(jié)論 14謝辭 15參考文獻 16前言現(xiàn)今，形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應用于電視臺、商業(yè)機構(gòu)、學校、企事業(yè)單位及社會團體組織中，它為各種知識競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。對于搶答器我們大家都知道那是用于選手做搶答題時用的，選手進行搶答，搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗選手的反應速度同時也要求選手具備足夠的知識面和一定的勇氣。選手們都站在同一個起跑線上，體現(xiàn)了公平公正的原則。本文介紹了一種用74系列常用集成電路設計的高分辨率的4路搶答器。該搶答器為全數(shù)字集成電路設計，具有分組數(shù)多、分辨率高等優(yōu)點。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有優(yōu)先能力、定時功能及復位功能。主持人通過控制開關(guān)使搶答器達到定時、復位的功能第3章REF_Ref168484495\h錯誤！未找到引用源。畢業(yè)設計（論文）第17頁共17頁第1章緒論1.1搶答器設計要求實現(xiàn)4人搶答時每人的分數(shù)累加，倒計時顯示答題時間：①每人設置一個搶答按鈕。②顯示最快搶答選手的編號，并響鈴。③選手分數(shù)預置為50分，主持人控制加減分數(shù)，每次加減都是1分。④提前搶答和超時搶答響鈴，并顯示選手編號。1.2基本功能1、可同時4名選手參賽，他們的編號分別為1、2、3、4，各用一個搶答按鈕，按鈕編號與選手編號相對應分別為S1、S2、S3、S4。2、節(jié)目支持人設置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零和搶答3、數(shù)字搶答器的應具有數(shù)碼鎖存、顯示功能。搶答開始后，如果有選手搶答按鈕，編號立即鎖存，并在數(shù)碼管上顯示選手的編號，同時揚聲器給出音響提示，封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。先搶答的選手編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止1.3擴展功能1、定時搶答器功能。搶答器定時為10秒，主持按下開始鍵后，定時器開始工作，開始倒計時，并在顯示器上顯示出來，同時揚聲器發(fā)出聲響。2、參賽選手在設定時間內(nèi)搶答（10s），搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示的選手編號和搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。3、當定時搶答時間已到，還沒人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路，禁止選手搶答，時間顯示00第2章單元電路2.1主控制模塊：2.1.1主要功能主控制電路的主要功能有兩個：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用：二是要使其他選手的按鍵操作無效。2.1.2電路圖：圖2-1-1主控制部分電路圖圖2-1-2主控制部分電路圖的封裝圖2.1.3電路圖分析：該電路有四個輸入和三個輸出：EN為使能端，只有當EN為1時，該電路才能正常工作，為0時輸出保持EN端變化前的值不變；KCLR端為清零端，在新一輪搶答之前給它一段時間高電平，是輸出選手號為0；START端為開始控制，當清零后，給該端口一個上升沿脈沖，“JISHI”端口變?yōu)楦唠娖剑刂?0s計時器開始計時，選手就可以搶答了，否則選手按鍵無效；S[3..0]為四個選手的搶答端口，當有選手按下鍵時，q[3..0]端口輸出選手的號碼，sound置為高電平，控制聲音輸出。部分波形圖如下：圖2-1-3主控制部分電路圖2.2計分模塊2.2.1主要功能該部分電路主要是給選手加分或者減分，并將分數(shù)保持到下次變更以前，實現(xiàn)分數(shù)的累加、累減。2.2.2電路原理圖圖2-2-1計分部分電路圖圖2-2-2計分部分封裝電路圖2.2.3電路原理圖分析該部分電路主要實現(xiàn)對相應選手加分、減分。主要部分用兩個74190組成了一個模100計數(shù)器，和其他器件共同實現(xiàn)了所要求的功能。其中，REST是復位端口，比賽開始時，由主持人（點擊按鍵即可）控制給其一段時間高電平，使四位選手的分數(shù)置為50。CHOSE端口是選手選擇鍵，選擇搶到答題機會的選手。DNUP鍵是加分、減分選擇端口，和CLK端口配合，實現(xiàn)對選手的加分、減分，當DUNP為0時，點擊CLK鍵對所選選手加分，DUNP為1時，點擊CLK鍵對所選選手減分。部分仿真波形圖如下：圖2-2-3計分部分波形圖2.310s倒計時模塊2.3.1主要功能： 主持人按下“START”鍵時，10s倒計時開始，當顯示0s時表示10s內(nèi)無人搶答，則保持0不變，并輸出一個報警信號。2.3.210s計時部分電路圖圖2-3-110s計時部分電路圖圖2-2-210s計時部分封裝電路圖2.3.3電路圖分析該部分由一個74192組成，實現(xiàn)10s倒計時，當EN為1時開始計時，當顯示0時，SOUND輸出高電平，控制聲音電路發(fā)聲。2.4100s計時模塊2.4.1主要功能 主有選手按下?lián)尨疰I時，100s倒計時開始，當顯示00s時表示100s答題時間已到，則保持00不變，并輸出一個報警信號。若在100s內(nèi)答題完畢，由主持人按下主控制電路的CLR鍵，計時器重置為99。2.4.2計時部分電路圖：圖2-4-1100s計時部分電路圖圖2-4-2100s計時部分封裝電路圖2.4.3電路圖分析： 該部分電路主要是由兩個74193計數(shù)器組成的模100計數(shù)器，其時鐘輸入端通過一個與門與EN端口共同配合，控制計時器計時的開始和復位，H、L端口分別顯示時間的高位和地位，當計時器顯示00時，表示答題時間已到，SOUND端口輸出高電平。其部分波形圖如下：圖2-4-3計時部分波形圖2.5警示音模塊2.5.1主要功能輸入信號01，只輸出小于一個時鐘周期的高電平。2.5.2電路圖圖2-4-1警示音部分電路圖圖2-4-2警示音部分封裝電路圖2.5.3電路圖分析clk為脈沖信號輸入端，當in由低電平變?yōu)楦唠娖胶螅诘谝粋€時鐘脈沖的上升沿時，sound端口開始輸出一個段半個時鐘周期的高電平，其后又變?yōu)榈碗娖剑则?qū)動揚聲器發(fā)出一聲警示音。其部分電路圖如下：圖2-4-3警示音部分波形圖第3章總體設計圖3.1搶答器總設計圖圖3-1-1搶答器總體設計圖圖3-1-2搶答器總體設計封裝圖3.2搶答器工作原理3.2.1各個端口的含義：輸入輸出EN使能端，高電平有效A、B、C、D選手得分輸出CLR選手號清零，高電平有效XUANSHOU選手號輸出START搶答開始，高電平有效H、L100s倒計時S[3..0]選手搶答按鈕SOUND聲音輸出CLK時鐘脈沖SHIMIAO10s倒計時REST選手分數(shù)重置按鈕DNUP加分、減分選擇NOP加分、減分脈沖表3-2-1各端口的含義3.2.2操作流程及相應波形圖首先，比賽開始時，由主持人按下EN鍵，然后按下CLR鍵和REST鍵，分別使選手號為0和分數(shù)顯示為50，此時選手按鍵不起作用。然后主持人按下START鍵，搶答開始，10s倒計時開始計時，當有選手搶答時，10s倒計時結(jié)束，重置為9，當沒有選手搶答時，則計時器顯示0時，停止，揚聲器發(fā)出一個警示音。由主持人按下START鍵，置為9，開始下一輪搶答。當某個選手第一個按下?lián)尨鸢粹o時，100s倒計時器開始計時，當選手在規(guī)定時間內(nèi)答題正確時，主持將DNUP鍵置0，然后按一下NOP鍵，給這位選手加一分，若答題錯誤或超出限定時間，則主持人將DNUP置1，然后按一下NOP，給這位選手減一分。另外，當超出答題時間時，將會輸出一個高脈沖，使揚聲器發(fā)出一個警示音。本輪結(jié)束后，由主持人按下START鍵，開始下一輪比賽。其工作波形圖如下：圖3-2-1四號選手搶答加一分波形圖圖3-2-2三號選手搶答減一分波形圖圖3-2-3無選手搶答波形圖圖3-2-4選手答題超時波形圖結(jié)論結(jié)論這次的課程設計，讓我受到了很大的挑戰(zhàn)，從原來基礎(chǔ)薄弱，通過對知識的理解，對器件的仿真論證，使我對一些器件的功能和使用有了很大的認識。課設時分析了好多電路，設計了很多才選出想要的組合，通過仿真、實驗，最終達到了設計的指標，實現(xiàn)了四人搶答，包括搶答部分，答題倒計時，主持人加減分等。由于本搶答器牽涉知識面廣，再加上時間的倉促，水平的不足，系統(tǒng)中難免有漏洞和不足之處。例如沒能在仿真時加上報警的聲音控制，也沒能很好的控制每個模塊的始終端等。下一階段的主要工作：將以現(xiàn)有的結(jié)果為基礎(chǔ)進一步綜合完善，使其性能更好、控制準確度更高，而且進行實物焊接，制作出實物的搶答器元件。附錄PAGE16謝辭通過本次設計，我深刻體會到學術(shù)研究的嚴謹性、規(guī)范性，掌握了基本的研究方法，逐漸形成了較強的自主學習能力。本設計是在劉老師精心指導下完成的。在設計過程中，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等各個環(huán)節(jié)都給予了精心指導；提出了許多寶貴意見，多次詢問設計進程；付出了大量的時間和精力，在此表達真誠的謝意和衷心的感謝！老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響很大，并將積極影響我今后的學習和工作。本設計的順利完成，離不開各位老師、同學、朋友的支持、幫助。王靜、朱文杰同學在整個設計過程中給予了鼓勵和支持，大家多次進行設計難題的討論與分析，這樣為本設計