数字式竞赛抢答器VHDL.doc

精品文档数字系统设计与硬件描述语言期末考试作业题目： 数字式竞赛抢答器设计 学院： 电子信息工程 专业： 电子信息工程 学号： 姓名： 一、 选题设计描述1. 功能介绍此设计用于竞赛的四人抢答，有如下的功能：（1） 具有多路抢答功能，台数设计为四；（2） 具有抢答器开始后30秒倒计时，30秒后无人抢答显示超时，并报警；（3） 能显示超前抢答犯规，并警报；（4） 能显示各组得分，大队加分，答错扣分；当系统复位，主持人按下抢答开始按键，处于使能状态，抢答开始，某路抢答键按下时，该路信号将其他路信号锁存，同时抢答铃声响起，直至此路按键松开，显示该路组号。2. 算法简介本设计采用分层设计思想，分为：信号鉴别模块、计时模块、计分模块、BCD译码模块、分频器，还有顶层模块。信号鉴别模块。此模块主要实现抢答器的抢答功能，并能够分辨是正常抢答还是提前抢答，选取最先按下的一路信号，锁存其余信号，实现信号选取功能。在此模块中，用到的信号为抢答信号a、b、c、d;抢答使能信号en；抢答结果信号states；警报时钟信号clk2；复位信号rst；提前抢答信号fangui。计时模块。此模块主要实现抢答过程中的计时功能，在抢答开始后进行30秒的倒计时，且在30秒后显示无人抢答报警信号。其中有抢答时钟信号clk；系统复位信号rst；抢答使能信号en；无人抢答警报信号warn；计时中止信号stop；计时十位个位信号tb，ta。计分模块。此模块主要实现给四个抢答器计分的功能，初始条件下，为每个抢答器信号预制5分，当某组抢答且回答正确时加一分，答错减一分，未获答题机会时保持不变。其中设有时钟信号clk；复位信号rst；抢答使能信号en；抢答结果显示信号states；记分加减信号add（add1时为加，add0时为减）；四个信号的得分显示信号a_out,b_out,c_out,d_out。BCD译码模块。此模块主要实现将抢答结果信号显示在bcd七段译码器上。其中输入信号a；输出译码结果信号q。分频器。此模块主要实现时钟分频功能。在开头对时钟信号进行一次千分频。其中时钟输入信号clkin，输出信号clk。顶层模块。将前几个模块综合在一起，形成一个整体。分频器输出作为其他模块所需的时钟信号，使整个系统正常运转。二、 程序源代码及说明抢答信号鉴别模块的程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity qdjb is port(clk2,en,rst:in std_logic; a,b,c,d:in std_logic; fangui:out std_logic; states:out std_logic_vector(3 downto 0);end qdjb;architecture one of qdjb issignal sinor,fanguif,tmp:std_logic;signal cnt:std_logic_vector(5 downto 0);beginsinor=a or b or c or d;p1:process(a,rst,b,c,d,tmp) begin if rst=1 then -复位信号有效，系统复位。 tmp=1;states=0000; elsif tmp=1 then if a=1 then -判断哪路信号变化，进行选取 states=0001;tmp=0; -对states进行置数 elsif b=1 then states=0010;tmp=0; elsif c=1 then states=0011;tmp=0; elsif d=1 then states=0100;tmp=0; else tmp=1;states=0000; end if ; end if;end process p1; p2:process(clk2,en,rst,cnt) -判断是否提前抢答并报警 begin if rst=1 then cnt=000000;fanguif=0; -初始化提前抢答犯规信号 elsif clk2event and clk2=1 then if en=0 and sinor=1 then if cnt111111 then fanguif=not fanguif;cnt=cnt+1; else fanguif=0; end if; end if; end if;end process p2;fangui=fanguif;end one;计时模块的程序：library ieee; use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity js is port(clk,rst,en,stop:in std_logic; warn:buffer std_logic; ta,tb:buffer std_logic_vector(3 downto 0);end js;architecture one of js issignal co:std_logic;beginp1:process(clk,rst,en,stop,ta) -个位计时信号进行0到9循环计数 begin if rst=1 or stop=1 then ta=0000; elsif clkevent and clk=1 then co=0; if en=1 then if ta=0000 then ta=1001;co=1; else ta=ta-1; end if; end if; end if;end process p1;p2:process(co,rst,en,stop,tb) -十位计时信号0到3变化 begin if rst=1 or stop=1 then tb=0011; elsif coevent and co=1 then if en=1 then if tb=0000 then tb=0011; else tb=tb-1; end if; end if; end if;end process p2;p3:process(rst,ta,tb) -计时时间到达，报警 begin if rst=1 then warn=0; elsif ta=0000 and tb=0000 then warn=1; else warn=0; end if;end process p3;end one;计分模块的程序：library ieee; use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jf is port(clk,rst,en,add:in std_logic; states:in std_logic_vector(3 downto 0); a_out,b_out,c_out,d_out:buffer std_logic_vector(3 downto 0);end jf;architecture one of jf is beginp1:process(clk,rst,add,states,a_out,b_out,c_out,d_out) begin if (rst=1) then a_out=0101;b_out=0101;c_out=0101;d_out if add=1 then -add信号为高时，加1分 if a_out=1111 then -最多15分 a_out=0000; else a_out=a_out+1; end if; elsif add=0 then -add信号为0，减1分 if a_out=0000 then a_out=0000; else a_out if add=1 then if b_out=1111 then b_out=0000; else b_out=b_out+1; end if; elsif add=0 then if b_out=0000 then b_out=0000; else b_out if add=1 then if c_out=1111 then c_out=0000; else c_out=c_out+1; end if; elsif add=0 then if c_out=0000 then c_out=0000; else c_out if add=1 then if d_out=1111 then d_out=0000; else d_out=d_out+1; end if; elsif add=0 then if d_out=0000 then d_out=0000; else d_out a_out=a_out;b_out=b_out;c_out=c_out;d_out q q q q q q q q q q q=0000000; END case; END PROCESS; END behav;一千分频器模块程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_unsigned.ALL;ENTITY divf ISPORT(clk: IN STD_LOGIC; q : OUT STD_LOGIC; qn: OUT std_logic_vector(9 downto 0);END divf;ARCHITECTURE behav OF divf IS signal rst: std_logic; signal qn1:std_logic_vector(9 downto 0); BEGIN PROCESS (clk,rst) BEGIN if rst=1 then qn1= 0000000000; elsif clkevent and clk=1 then qn1=qn1+1; end if; END PROCESS; rst=1 when qn1=1000 else 0; qn=qn1; -计数 q=qn1(9); -分频输出,1000分频END behav;三、 仿真结果及分析系统总体框图：对于各个模块的仿真测试所得结果，仿真波形分析如下：1、 信号鉴别模块：仿真结果： 本模块主要实现抢答功能。当rst信号为1，en信号为1时，抢答开始，当有一路正常获得抢答时，系统会自动封锁另外三路的抢答信号，只允许一人处于答题状态；当主持人没有允许抢答时，若有人超前抢答，警报会响起，同时只要有人抢答那么抢答显示台（states）会显示哪一个在抢答。如上图示，在系统第一个复位信号来临后，电路自动复位，在允许抢答信号来临之前（即en=0），b台超前抢答，此时警报响起（即超前抢答警报信号fangui获得一个频率很高的脉冲，就会响起），之后主持人复位，并允许抢答，a台最先抢答，此时抢答显示台显示其台号1。2、 计时模块：仿真结果：本模块主要实现计时功能。当rst信号为1时，计时复位为30秒倒计时，主持人允许的en信号为1时，开始进行倒计时，系统时钟每来一个上升沿，倒计时减1，当到30秒倒计时计玩仍然无人抢答时，警报指示灯亮(即warn=1)，若有人抢答主持人可以按下中止键（即stop=1），这样倒计时就会回到30秒初始状态。图示的情况为在倒计时16秒时，主持人按下中止键，计时器变为初始值30，在下一轮抢答过程中，倒计时为0时仍然无人抢答，此时警报指示信号亮（即warn=1）。3、计分模块：仿真结果：本模块主要实现记分功能，其工作情况为：系统复位信号来临（即rst=1），将每个选手的得分预置为5分，抢答显示台显示为0即无人抢答，当主持人允许抢答时，若有人抢答，答对（即add=1，假设所有人都答对了）的加一分，答错(即add=0)的减一分，没有抢答的保持不变。图示，开始后a台连续抢答5题，且都答对，a_out变成10了，之后c台连续抢答成功，且都答对加分，最高记到了15分数码管显示位F，此时获胜并把分数重新置为0。4、BCD7段译码模块：仿真结果： 本模块主要实现数据输入的7段输出。主要是0到9的数分别译出，10到15都译为“0000000”，实现了设置的功能。5、一千分频模块：仿真结果：本模块实现输入信号的一千分频。另外还可以取其中的其他位，实现其他分频。如上图，qn0实现两分频，qn5实现64分频，qn6实现128分频，等等。6、顶层模块： 本模块为顶层文件，是综合抢答器鉴别模块、抢答器计时模块、抢答器记分模块、BCD7段译码模块和一千分频模块而成。在其仿真波形中描述的情况为：第一次系统复位后，主任人还没有宣布抢答开始，但a台超前抢答了，fangui信号脉冲波形出现了，主持人就知道a犯规了；接着第二轮系统复位后，主持人宣布抢答开始，b台先抢答成功，抢答显示台号显示为3，单答题错误（add=0），故减分，相应的数码管显示其总分情况。四、 心得体会这次实验，首先最难的就是模块的划分，必须先有一个总体的规划，然后细化去写每个模块的程序，我在写程序的过程中，参考了课程使用的课件，参考