八路数字抢答器控制系统

1、题目：八路数字抢答器控制系统题目：八路数字抢答器控制系统一、大作业摘要74系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器电路系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器电路组成、设计思路及功能。该抢答器除具有基本的抢组成、设计思路及功能。该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时和报警功能。主持人答功能外，还具有定时、计时和报警功能。主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答，则计时自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系

2、统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。现报警功能。二、设计的背景、目的和意义 1.随着科技的发展，现在的抢答器向着数字化、智能化的方向发展。这就必然提高了智能抢答器的制造成本 2. 鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多 ， 操作简单，经济实用的小型抢答器肯定很有市场。因此，我选择简易逻辑数字抢答器这一课题。 三、设计任务及要求 一般来说，设计一台数字抢答器，必须能够准确判断出第一位抢一般来说，设计一台数字抢答器，必须能够准确判断出第一位抢答者，并且通过数显、蜂鸣这些途径能让人们很容易得知谁是抢答成答者，并且通过数显、蜂鸣这些途径能让人

3、们很容易得知谁是抢答成功者，并设置一定的回答限制时间，让抢答者在规定时间内答题，主功者，并设置一定的回答限制时间，让抢答者在规定时间内答题，主持人根据答题结果控制抢答器的清零复位，掌握比赛的进程。所以我持人根据答题结果控制抢答器的清零复位，掌握比赛的进程。所以我在设计在设计8路数字抢答器的模块需要满足鉴别、抢答报警、回答倒计时、路数字抢答器的模块需要满足鉴别、抢答报警、回答倒计时、数显等功能，具体设计要求如下：数显等功能，具体设计要求如下： （1）抢答器可容纳八组选手，并为每组选手设置一个按钮供抢）抢答器可容纳八组选手，并为每组选手设置一个按钮供抢答者使用；为主持人设置一个控制按钮，用来控制系

4、统清零（组别显答者使用；为主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（组别显示数码管灭灯）和抢答开始；示数码管灭灯）和抢答开始； （2）电路具有对第一抢答信号的锁存、鉴别和显示等功能。在）电路具有对第一抢答信号的锁存、鉴别和显示等功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，若参赛选手按下抢答按钮，则主持人将系统复位并发出抢答指令后，若参赛选手按下抢答按钮，则该组别的信号立即被锁存，并在组别显示器上显示该组别，同时扬声该组别的信号立即被锁存，并在组别显示器上显示该组别，同时扬声器也给出音响提示，此时，电路具备自锁功能，使其他抢答按钮不起器也给出音响提示，此时，电路具备自锁功能，使其他抢答按钮不起作用

5、。作用。 （3）抢答器具有限时回答问题的功能，当主持人启动倒计时开）抢答器具有限时回答问题的功能，当主持人启动倒计时开始键后，要求计时器采用倒计时，同时最后计时器倒计时到始键后，要求计时器采用倒计时，同时最后计时器倒计时到00时扬声时扬声器会发出声响提示；器会发出声响提示；。 四、确定输入和输出变量 输入：各组的抢答按钮输入：各组的抢答按钮keyin1、keyin2、keyin3、keyin4、keyin5、keyin6、keyin7，clk:时钟信号。时钟信号。rst:复复位信号位信号 输出：输出： 各组的抢答按钮显示端各组的抢答按钮显示端sel【2：0】数码管选择输出数码管选择输出 dis

6、play【7:0】数码管显示输出数码管显示输出六、整体设计框图七、输入和输出变量对应部件说明input: clk:时钟信号时钟信号 rst:复位信号复位信号 keyin7:0:八位抢答按键八位抢答按键output： sel【2：0】数码管选择输出数码管选择输出 display【7:0】数码管显示输出数码管显示输出八、方案论证 方案1：基于单元电路原理实现方案2：基于verilog原理实现方案论证以上两种实现方法中，第一种方法电路较复杂不便于制作，可靠性低，实现起来很困难；而第二种方法只需要软件仿真出来，在一块EDA实验箱上就能实现，制作简单，而且成本低。综合比较之下，我决定采用第二种方案实现本

7、课题。根据第二种方案的的框图所示，整个系统分为以下几个模块来分别实现：1抢答判别模块：它的功能是鉴别八组中是那组抢答成功并且把抢答成功的组别信号输出给锁存模块。2复位控制模块：给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。3锁存模块：该电路的作用是当第一个抢答者抢答后，对第一个抢答者的组别进行锁存并显示在数码管上，后面的抢答者信号全都无响应，直到主持人按下复位键。4显示报警模块：就是把各个模块的输入的不同信号经过译码成BCD码然后直接在数码管上显示，还可以加上蜂鸣器的声音，更能给观众一个准确、简明的数字。5在以上功能实现后，还可以扩展实现一些其他功能，比如答题倒计时等功能。 4

8、. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如,30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。 5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。 状态图 显示倒计时倒计时停止显示序号报警灯报警倒计时停止不再显示任何编号有人抢答键按下上电复位有人抢答键按下倒计时小于5秒初始30秒结束module qiangdaqi( /模块声明模块声明 ，input表示输入，表示输入，output表时输出表时输出 input clk, /主时钟输入，时序逻辑电路得根本主时钟输入，时序逻辑电路得根本input rs

9、t, /复位，按下按键则程序回归到上电时的初始状态复位，按下按键则程序回归到上电时的初始状态input 7:0 keyin, /八个按键输入八个按键输入output reg 3:0 disp_en, /3位输出位输出output reg 7:0 display , /数码管输出数码管输出output reg out_led);reg 2:0 sel;reg 9:0 count; /计数器计数寄存器计数器计数寄存器reg clk_1hz,flag; /clk_1hz：主时钟经过：主时钟经过2000分频后的信号分频后的信号reg 4:0 t; /30秒倒计时秒倒计时reg 3:0 disp; /数

10、码管显示数据存储数码管显示数据存储reg 3:0 data; /按键号存储按键号存储reg 16:0count_1k;reg clk_1k;always(posedge clk or negedge rst)begin if(!rst)begin clk_1k=0;count_1k=0;endelseif(count_1k=16d25000)begin count_1k=0;clk_1k=clk_1k;endelsecount_1k=count_1k+1;endalways (posedge clk_1k) /第一个ALWAYS语句块，主时钟CLK的下降沿触发，if (count500) /

11、实现计数器的计数 count=count+1; /如果count=999,就一直往上加elseebegin count=0; /知道加到知道加到1000，就把，就把count清零，清零，clk_1hz取反取反 clk_1hz=clk_1hz; /从而实现主时钟的从而实现主时钟的2000分频分频endalways (posedge clk or negedge rst)/第二个第二个ALWAYS语句块，语句块，CLK上升沿及上升沿及RST下降下降begin /沿触发沿触发 if (!rst) begin data = 4b1010; /如果按下复位键如果按下复位键rst，则把数据位清零，则把数据

12、位清零 flag = 1b0; /把把FLAG标志信号清零标志信号清零 end else if (!flag & t) /如果没有按下复位键而且如果没有按下复位键而且t不为不为0 case (keyin 7:0) /根据按键的不同来实现不同的输出，同时把标志根据按键的不同来实现不同的输出，同时把标志 8b00000001 : begin data=4b0001; flag=1; end/位位FLAG置置1. 8b00000010 : begin data=4b0010; flag=1; end 8b00000100 : begin data=4b0011; flag=1; end 8b

13、00001000 : begin data=4b0100; flag=1; end 8b00010000 : begin data=4b0101; flag=1; end 8b00100000 : begin data=4b0110; flag=1; end 8b01000000 : begin data=4b0111; flag=1; end 8b10000000 : begin data=4b1000; flag=1; end default : begin data=data; flag=flag; end /不是上述情况，维持不是上述情况，维持DATA endcase /以及以及FLA

14、G不变不变 else /这两句没有用处这两句没有用处endalways (posedge clk_1hz or negedge rst) /第三个always语句块，clk_1hzbegin /上升沿以及rst下降沿触发if (!rst) begin out_led=1; /如果复位键按下，则把t初始为30 t0 & !flag) /如果t比0大，而且flag为0 t=t-1; elsebegin /t减一 t=t; end /对于其他情况，维持t之前的值endalways (posedge clk_1k or negedge rst)/产生数码管扫描信号，经三八译码器输出数码 beg

15、in /管位选信号 /第四个ALWAYS语句块，CLK上升沿及RST下降 if (!rst) sel 2:0 = 3b000; /把sel计数器初始化为0 else begin sel 2:0 = sel2:0+3b001;/每来一个个时钟增加一 endendalways (*) /*表示有变化，程序里所有的信号只要有变化begin /本语句就会被触发 case( sel2:0 )3b000: begin disp 3:0 = t/10; disp_en 3:0 = 4b1110; end /当sel是000的时候，取倒计时t的十位 3b001: begin disp 3:0 = t%10;

16、disp_en 3:0 = 4b1101; end /001时，取倒计时的各位 3b010: begin disp 3:0 = 4b1111;disp_en 3:0 = 4b1111;end /010时，配合下面的always语句块，实现全灭 3b011: begin disp 3:0 = 4b1010+clk_1hz;disp_en 3:0 = 4b1111;end /配合clk_1hz，以及下面的语句块， 3b100: begin disp 3:0 = 4b1010+clk_1hz;disp_en 3:0 = 4b1111;end/实现，倒计时中。的闪烁 3b101: begin disp

17、 3:0 = 4b1010+clk_1hz;disp_en 3:0 = 4b1011;end 3b110: begin disp 3:0 = 4b1111;disp_en 3:0 = 4b1111;end/110时，配合下面的always语句块，实现全灭 3b111: begin disp 3:0 = data;disp_en 3:0 = 4b0111; end/111时，实现真实数据的输出 endcaseendalways (*) /数码管译码输出begin case( disp ) 4d0:display=8h03; 4d1:display=8h9f; 4d2:display=8h25;

18、4d3:display=8h0d; 4d4:display=8h99; 4d5:display=8h49; 4d6:display=8h41; 4d7:display=8h1f; 4d8:display=8h01; 4d9:display=8h09;4d10:display=8hfd;default:display=8hff; endcaseendendmodule 原理图clkrstkeyin7.0disp_en3.0display7.0out_ledqiangdaqiinstdisp_en3.0OUTPUTdisplay7.0OUTPUTout_ledOUTPUTVCCclkINPUTVC

19、CrstINPUTVCCkeyin7.0INPUTDENAQPRECLRDENAQPRECLRDENAQPRECLRDQPREENACLRDENAQPRECLRDENAQPRECLRDENAQPRECLRDQPREENACLRDQPREENACLRDENAQPRECLRSEL2.0DATA2.0OUTSELECTORSEL2.0DATA7.0OUTMUX%A4.0B3.0MODULO/A4.0B3.0DIVIDERIN3.0OUT15.0DECODERSEL2.0DATA7.0OUTMUXSEL2.0DATA7.0OUTMUXSEL2.0DATA7.0OUTMUXIN7.0OUT255.0DECODERSEL2.0DATA2.0OUTSELECTORSEL2.0DATA2.0OUTSELECTORSEL2.0DATA2.0OUTSELECTOR01101+A16.0B16.0ADDERSELDATAADATABOUT0MUX21=A16.0B16.0EQUAL+A9.0B9.0ADDERDQPREENACLRSELDATAADATABOUT0MUX21A9.0B9.0LESS_THAN+A5.0B5.0ADDER+A2.0B2.0ADDERclk_1k_OUT0clk_1hz_OUT0always30_OUT0