数字逻辑设计大作业报告(哈工大)

手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答后显示优先抢答者序 号，并且不出现其他抢答者的序号； （5）当设定的时间到，而无人抢答时，本次抢答无效，发出报警指示，并禁 止抢答。定时器上显示 00。主持人按动复位按钮后，重新开始抢答；
1.2 工作原理
本电路由主持人开始（高电位有效）、复位（低电位有效）开关，秒脉冲发 生器，四个学生抢答按钮，两个 74190 计数器，一个优先编码器以及 SR 锁存器、 与、或、非等逻辑门组成。
1.2 工作原理……………………………………………………………………….1 1.3 系统方框图…………………………………………………………………….1 1.4 各部分选定方案及电路组成、相关器件说明………………………………….1
1.4.1 抢答优先锁存电路……………………………………...............…..............1 1.4.2 倒计时电路………………………………………………………………..1 1.4.3 数码管显示电路…………………………………………………………….3 1.4.4 报警电路…………………………………………………………………….3 1.5 调试过程……………………………………………………………………….3 1.6 设计结论……………………………………………………………………….3 第 2 章 设计心得与总结 2.1 设计心得……………………………………………………………………….4 2.1.1***…………………………………………………...............…..............1 2.1.2***……………………………………………………………………..1 2.1.3 ***……………………………………………………………………….3 2.2 总结…………………………………………………………………………….4 参考文献………………………………………………………………………….…8 附录Ⅰ总体器件表及相关器件的功能表、管脚分布………………………………..10 附录Ⅱ总体设计图…………………………………………………………………..10 附录Ⅲ仿真结果……………………………………………………………………..10 附录Ⅳ分工说明……………………………………………………………………..10
当主持人启动复位开关时，倒计时电路进入保持状态，输出为 60，抢答优先 锁存电路输出为 0,且此时任何选手抢答都无效。当主持人启动开始开关后，接收 选手抢答输入，当有选手抢答时，抢答电路进入优先锁存状态（当再有选手抢答 时，无效），保持当前选手序号不变，直至主持人启动复位按钮。当有选手进行 抢答成功时，倒计时电路进入保持状态，直至主持人启动复位按钮。当倒计时为 0
选手 1 选手 2 选手 3 选手 4 主持人 Q1
Q2
Q3
×
×
×
×
0
0
0
0
1
×
×
×
1
0
0
1
0
1
×
×
1
0
1
0
0
0
1
×
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
（2）电路组成 抢答优先锁存电路由 1 片 74LS148 8-3 优先编码器、1 片 74LS279 4R-S 锁存
-3-
哈尔滨工业大学 2016 秋季学期数字逻辑设计大作业
数字逻辑大作业
四人抢答器设计
院 （系）： 计算机科学与技术学院 专 业： 计算机科学与技术 班 级： 成 员：
2016 年 12 月
哈尔滨工业大学 2016 秋季学期数字逻辑设计大作业
摘要
本次大作业设计的是一个四人竞赛抢答器控制电路，该电路具有第一抢答信 号鉴别和锁存功能。该电路主要由抢答优先锁存电路、报警电路、数码管显示电 路、倒计时电路四部分构成，其中，抢答电路部分由 74148 优先编码器和 74279 四 R-S 锁存器构成；报警电路部分由 LED 灯等能发光、发声的元器件构成；数码 管显示电路由七段数码管、7448 七段译码器和一系列与、或、非等逻辑门构成； 倒计时电路部分由 74190 计数器和秒脉冲发生器构成。利用 MAX_PLUS10.2 对设计 的电路进行仿真，可以得到，主持人在启动开始按钮之前的选手抢答无效，只有 当主持人启动开始开关后，第一个抢答者按下抢答键，倒计时电路停止倒计时进 入保持状态，并封锁其他各组抢答信号，使电路不会再响应，抢答电路进入锁存 状态，直至主持人启动复位按钮。在无人抢答时，时钟电路完成 60 到 0 的倒计时 后，会有报警提示，倒计时电路进入保持状态，直至主持人启动复位按钮，进入 初始状态 60 秒。 关键词：四人抢答器；优先锁存；倒计时；保持；复位
倒计时电路由两片 74190 计数器芯片、脉冲发生器、一个 8 输入或非门、一个 2 输入或门，其中脉冲发生器可选为秒脉冲发生器，实现真实的 60Baidu Nhomakorabea秒倒计时。
（3）74190 芯片说明 74190 芯片为十进制加减法计数器芯片，有四个输入端（由高到低）D、C、B、
A；GN 端:输入为高电平，保持；LD 端，输入为低电平，载入输入端的内容；DNUP 端，输入为高电平，减计数；CLK 端，接收脉冲信号端。输出端（由高位到低位） Q4、Q3、Q2、Q1,输出由 1001 到 0000 的数字。
器、8 个非门、1 个 3 输入或门、1 个 3 输入与门、1 个 4 输入与非门。
1.4.2 倒计时电路
（1）选定方案 倒计时电路的输入有主持人的开始、复位控制，学生抢答后的输入，以及脉冲
发生器，输出为 8 位二进制数，分为高 4 位和低 4 位，最初显示 60，输出即为 0110(高) 0000(低)。采用两片 74190 计数器，此计数器能够实现十进制加/减计数。低位计 数器芯片的时钟端连接脉冲发生器，高位计数器芯片的时钟端连接低位计数器输 出端的最高位。所以，当且仅当低位输出由十进制 0(0000)减为 9(1001)时,低位计 数器的最高位由 0 变 1，高位计数器时钟端获得一个脉冲，自动减 1，低位计数器 的其他变化不会给高位计数器时钟端脉冲，因此，不会引起高位计数器计数的变 化，所以实现了由 60 减为 59,50 减为 49 等边界条件的实现，其他情况，如：59 减为 50，低位计数器由 9(1001)减为 0(0000)，高位计数器因未获得脉冲而保持 5(0101)不变,所以能够实现由 60 到 0 的减计数。
本系统可分为抢答优先锁存电路、倒计时电路、数码管显示电路及报警电路 四个主要组成部分，下面将对各部分选定的方案、电路组成及相关器件进行详细 说明。
1.4.1 抢答优先锁存电路
（1）选定方案 简单设计思想 选手没有输入时输出为 000，当选手有输入时输出中必有一个为 1，可以将 3
个输出连接一个或门，则或门输出为 1，可以通过或门输出反馈控制优先级最高的 输入进而使输出恒为 000，根据 R-S 锁存器的特性，进而完成锁存的功能。
芯片说明 8-3 优先编码器：输入低有效，优先级：7N>6N>5N>4N>3N>2N>1N>0N； R-S 锁存器：R=0，S=1 时置 0；R=1，S=0 时置 1；R=1；S=1 时保持。 输入设计 8-3 优先编码器：6N，5N，4N，3N 端分别为 1-4 号选手的输入；7N 端为 4
-2-
-1-
哈尔滨工业大学 2016 秋季学期数字逻辑设计大作业
若无人抢答时，倒计时电路进入保持状态，且此时报警电路启动，发出报警提示。
1.3 系统方框图
报警电路
7 段数码管
7 段数码管 SR 锁存器
秒脉冲 发生器
倒计时 电路
主持人 开始/复位开关
优先编码器
各选手 抢答按钮
1.4 各部分选定方案及电路组成、相关器件说明
1.1.2 设计要求
设计一个可供 4 人竟赛的数字抢答器： （1）系统设置复位按钮，按动后，抢答重新开始； （2）具有定时抢答功能，本抢答器的时间设定为 60 秒，当主持人启动“开始”
开关后，定时器开始计时； （3）设定的抢答时间内，选手可以抢答，抢答成功定时器停止工作，显示器
上显示选手的号码和抢答时间。并保持到主持人按复位键； （4）抢答器开始时数码管显示序号 0，选手抢答实行优先锁存，优先抢答选
哈尔滨工业大学 2016 秋季学期数字逻辑设计大作业
位选手的输入取与非的输出、3 个锁存器的输出取或后在取反的值和支持人的输入 一起取与；2N，1N，0N 无关输入。
R-S 锁存器：3 个锁存器的 S 端分别为编码器的 3 个输出取反后的值；R 端均 为支持人的开始端。
过程分析 当主持人没有按下开始开关时（此时为复位状态），即输入为 0，所以 7N 端 输入为 0，选手输入无效，编码器的输出恒为 000，所以 R-S 锁存器的 S 端均为 1， R 端为 0，锁存器置 0，输出为 000。 当支持人按下开始开关时，即输入为 1，当选手没有输入时（0000 取反与非 之后为 0），所以 7N 端输入为 0，选手输入无效，编码器的输出恒为 000，所以 R-S 触发器的 S 端均为 1，R 端为 0，锁存器置 0，输出为 000；当选手有输入时， 例如输入 0100，选手二输入了，取反之后为 1011，与非之后为 1，此时 7N 端前 的与门 3 个输入均为 1，所以 7N 端输入为 1，选手输入有效，编码器的输出为 010 （2 号选手），取反之后为 101，即 3 个锁存器的 S 端分别为 101，R 端均为 1， 只有第二个锁存器的输出为 1，所以 3 个锁存器的输出为 010，选中了 2 号选手（实 现选则功能），010 取或后取反为 0，此后 7N 端输入变为 0，编码器输出为 000， 取反后为 111，3 个锁存器的 S 端均为 1，R 端为 1，保持原来的 010 不变，（实 现锁存功能），此后不管选手如何输入，锁存器的输出均为 010 不变。 当主持人按下复位开关（关闭开始开关），即输入为 0，所以 7N 端输入为 0， 选手输入无效，编码器的输出恒为 000，所以 R-S 锁存器的 S 端均为 1，R 端为 0， 锁存器置 0，输出为 000（实现了复位功能）。 真值表
I
哈尔滨工业大学 2016 秋季学期数字逻辑设计大作业
目录
摘要……………………………………………………………………………………Ⅰ 第 1 章 四人抢答器
1.1 设计目的及要求……………………………………………………………….1 1.1.1 设计目的………………………………………………...............…..............1 1.1.2 设计要求…………………………………………………………………..1
哈尔滨工业大学 2016 秋季学期数字逻辑设计大作业
第 1 章 四人抢答器
1.1 设计目的及要求
1.1.1 设计目的
大作业是在学完《数字逻辑设计》课程后，对所学知识的综合性考察。知识 覆盖面宽，实验所需时间长。要求灵活运用学过的计数器、触发器、译码电路等 方面的知识，独立完成从设计、选片、连线、调试、排除故障到实现一个数字系 统的全过程，详细书写项目报告。通过综合设计性实验，培养灵活运用所学知识 解决比较复杂的实际问题的能力。
-4-
哈尔滨工业大学 2016 秋季学期数字逻辑设计大作业
所以，主持人的开始、复位开关接高位计数器和低位计数器的 LD 端。另外，为实 现减计数，74190 计数器的 DNUP 端应接为高电平。系统要求，当有选手按抢答 器或计数器由 60 减为 0 时，计数保持不变，所以，对 74190 的 GN 端进行操作， 计数器的 GN 端当输入为 1 时，计数器进入保持状态，所以我们将高位计数器和 低位计数器的总共 8 个输出端用一个 8 输入或非门连在一起，然后将学生抢答输 入和 8 输入或非门的输出，采用一个或门连在一起，最终将输出接在高位计数器 和低位计数器的 GN 端，所以当有人抢答或计数减为 0 时，两计数器都会因 GN 端 接收到‘1’输入而进入保持状态。 （2）电路组成
倒计时电路要求，当主持人按复位按钮时，倒计时电路输出为 60，当主持人 按开始时，计数器开始减计数工作，为此，我们在高位计数器的四个输入端输入 (0110)，低位计数器的四个输入端输入(0000)，74190 计数器有 LD 端，低有效，也 就是说，当 LD 端输入为 0 时，才将计数器四个输入端的数字载入，送给输出端。