电子抢答计分器

1、目 录一、设计背景 1二、设计目的 .1三、系统功能及要求 .1四、设计思路 .14.1自底向上 .24.2自顶向下 .2 4.3设计框图 .2五、各模块设计及分析 2 5.1抢答鉴别及锁存模块.2 5.2 计时模块 4 5.3 计分模块 55.4 译码模块 75.5 分频模块 85.6 报警模块 85.7 总体设计电路 9六、实验室加载调试 9 6.1 DEO实验板功能区分布.9 6.2 7段数码显示管 .9七、实验总结 .10参考文献 10一、设计背景：随着电子技术和计算机技术的飞速发展，新的高度集成的电子设计方法不断推出，电子产品的性能越来越高，更新的速度也越来越快，与此同时，市场对电子

2、产品的设计提出了更为严格的要求，从而促进了电子设计自动化（EDA）技术的迅速发展。使用EDA工具时，采用HDL进行设计输入要比原理图设计输入等方式更加灵活，有效和通用。采用EDA技术和HDL语言已成为现代数字系统设计的一种重要方法和必备的基础知识。如今，几乎所有的竞赛都要用到抢答器，以保证公平公正地比赛，以及主持人对比赛的控制。因此，抢答计分器已成为一件很实用的EDA设计产品。二、设计目的：1.掌握使用VHDL语言设计小型数字电路系统，能熟练进行设计输入、编译、管脚分配、下载等过程，为以后进行工程实际问题的研究打下设计基础。2.掌握应用QUARTUS软件设计电路的流程；3.掌握电子抢答器的设计

3、方法；4.在实验室加载到DEO开发板上进行调试，实际运行抢答器。三、系统功能及要求：1、设计一个可以容纳四组参赛队进行比赛的电子抢答器，当然人数增加时，输入接口可以扩展以容纳更多选手；2、具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人发出抢答指令后，若有参赛者按抢答器按钮，显示器显示出抢答者的组别。同时，电路处于自锁存状态，使其他组的抢答器按钮不起作用；3、具有计时功能。在初始状态时，主持人可以设置抢答时间的初始值。在主持人宣布抢答开始，并给出倒计时记数开始信号以后，抢答者可以开始抢答。此时，显示器从初始值开始倒计时，计到0时停止计数，同时LED亮起超时警报信号，并反馈到锁存模块进行锁存，使得参赛

4、者不能进行抢答。若参赛者在规定的时间内抢答，则计数模块自动终止计数。4、具有计分功能。每组抢答完毕后，由主持人进行打分，答对一次加1分。四、设计思路： 数字系统的设计通常有两种设计方法：一种是自底向上的设计方法；一种是自顶向下的设计方法。 自底向上(Bottom-up)的设计过程从最底层设计开始。设计系统硬件时，首先选择具体的元器件，用这些元器件通过逻辑电路设计，完成系统中各独立功能模块的设计，再把这些功能模块连接起来，总装成完整的硬件系统。 这种设计过程在进行传统的手工电路设计时经常用到，优点是符合硬件设计工程师传统的设计习惯；缺点是在进行底层设计时，缺乏对整个电子系统总体性能的把握，在整个

5、系统设计完成后，如果发现性能尚待改进，修改起来比较困难，因而设计周期长。随着集成电路规模的不断扩大，复杂度的不断提高，传统的电路原理图输入法已经无法满足设计的要求。EDA工具和HDL的产生使自顶向下(Topdown)的设计方法得以实现。随着集成电路规模的不断扩大，复杂度的不断提高，传统的电路原理图输入法已经无法满足设计的要求。EDA工具和HDL的产生使自顶向下(Topdown)的设计方法得以实现。因此，此处采用自顶向下的设计方法。 自顶向下(Topdown)的设计方法是在顶层设计中，把整个系统看成是包含输入输出端口的单个模块，对系统级进行仿真、纠错，然后对顶层进行功能框图和结构的划分，即从整个

6、系统的功能出发，按一定原则，将系统分成若干个子系统，再将每个子系统分成若干个功能模块，进而将每个模块分成若干个小的模块直至分成许多基本模块实现。这样将系统模块划分为各个子功能模块，并对其进行行为描述，在行为级进行验证。系统的输入信号有：各组的抢答按钮a0，a1,a2,a3 ,系统允许抢答信号ret，系统时钟信号CLK，计分复位端CLR，加分按钮端ADD；系统的输出信号有：四个组抢答时的计时数码显示控制信号，抢答成功组别显示的控制信号，各组计分动态显示的控制信号，抢答时间结束时的报警控制信号。整个系统至少有六个主要模块：抢答鉴别模块；抢答计时模块；抢答计分模块；译码模块；报警模块；分频模块。设计

7、框图：主持人控制开关主持人控制开关优先编码电路锁存电路数码管显示报警电路控制电路译码电路计时器分频器译码电路加分与否计分器预置抢答按钮图一：抢答计分器设计框图五、各模块设计及分析：1、抢答鉴别及锁存模块library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity qiangda is port(ret,clk:in std_logic; a0,a1,a2,a3:in std_logic; states:buffer std_logic_vector(3 downto 0); tmp:out std

8、_logic);end qiangda;architecture behav of qiangda is signal st:std_logic_vector(3 downto 0); begin process(clk , ret,a0, a1,a2,a3) begin if ret=1 then tmp=0; st=0000; elsif clkevent and clk=1 then if (a0=1 or st(0)=1)and not( st(1)=1 or st(2)=1 or st(3)=1 ) then st(0)=1; end if ; if (a1=1 or st(1)=1

9、)and not( st(0)=1 or st(2)=1 or st(3)=1 ) then st(1)=1; end if ; if (a2=1 or st(2)=1)and not( st(0)=1 or st(1)=1 or st(3)=1 ) then st(2)=1;end if ; if (a3=1 or st(3)=1)and not( st(0)=1 or st(1)=1 or st(2)=1 ) then st(3)=1;end if ;tmp=st(0) or st(1) or st(2) or st(3);end if ;end process;process(state

10、s(0),states(1),states(2),states(3)beginif (st=0000) then states=0000; elsif (st=0001) then states=0001;elsif (st=0010) then states=0010; elsif (st=0100) then states=0011;elsif (st=1000) then states=0100; end if; end process;end behav;鉴别锁存模块的关键是准确判断出主持人允许后（ret置0）的第一抢答者，并将其锁存，实现的方法可使用触发器或锁存器，在得到第一信号后将

11、输入封锁，使其它组的抢答信号无效。形成第一抢答信号后，用编码、译码及数码显示电路显示第一抢答者的组号states。然后只要有人抢答，temp输出1，计时器的使能端有效，开始倒计时。仿真图分析：抢答鉴别器时钟信号直接采用DEO开发板的50MHZ时钟，因此不用担心延时问题。第一阶段：当主持人下达命令开始抢答时（ret置0），首先a0按下抢答按钮，States显示1，并且锁存住一号选手。并且temp跳到高位1，计时器开始计时；第二阶段：在主持人下达第二道题开始命令之前。a2（选手3）就开始抢答，因此是无效的。等到主持人重置，temp回到0，等到有选手抢到时再次置1。 第二题显示States=2，即二

12、号选手抢到。2、计时模块library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jishi isport(clk,ret,sin:in std_logic;time1,time2:buffer std_logic_vector(3 downto 0);warning:out std_logic);end jishi ;architecture behav of jishi issignal co:std_logic;beginprocess(clk,ret,sin,time1)beginif

13、 ret=1 thentime1=0000;elsif clkevent and clk=1 thenco=0;if sin=1 then if time1=0000 thentime1=1001;co=1;else time1=time1-1; end if; end if;end if;end process ;process(co,ret,sin,time2)beginif ret=1 thentime2=0010;elsif coevent and co=1 thenif sin=1 thenif time2=0000 then time2=0010; else time2=time2

14、-1;end if;end if;end if; if(time1=0000 and time2=0000) thenwarning=1;else warning=0;end if;end process;end behav;其中计时模块的时钟信号是经过分频器分频得到。当抢答鉴别模块temp输出高电平时，计时器开始倒计时，其中time1是个位，time2是十位。当抢答后规定时间还没给出答案时，警报就会响起。仿真图分析：当主持人允许抢答（ret=0），有人抢答到时（temp=sin=1）时，计时器开始倒计时。Clk为经分频器分频后的1HZ的频率，确保实际计时总时为20秒，time2为十位，tim

15、e1为个位。当倒计时为0时，warning=1，警报响起。3、计分模块：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jf is port(clr: in std_logic; add: in std_logic; chose: in std_logic_vector(3 downto 0); aa,bb: out std_logic_vector(3 downto 0); cc,dd: out std_logic_vector(3 downto 0);end jf;archite

16、cture bev of jf isbegin p1: process(add,chose,clr) is variable a2:std_logic_vector(3 downto 0); variable b2:std_logic_vector(3 downto 0); variable c2:std_logic_vector(3 downto 0); variable d2:std_logic_vector(3 downto 0); begin if(clr=1)then a2:=0000; b2:=0000; c2:=0000; d2:=0000; elsif(addevent and

17、 add=1)then if chose=0001then if a2=1001then a2:=0000; else a2:=a2+1; end if; elsif chose=0010 then if b2=1001 then b2:=0000; else b2:=b2+1; end if; elsif chose=0011then if c2=1001then c2:=0000; else c2:=c2+1; end if; elsif chose=0100then if d2=1001then d2:=0000; else d2:=d2+1; end if; end if; end i

18、f; aa=a2; bb=b2; cc=c2; dddoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdout=0000000; end case; end process;end behav;5、分频模块：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity devider is port ( clk :in std_logic; clk_out: out std_logic );end devider;architecture arc_devider of

19、 devider is signal count:std_logic_vector(25 downto 0);begin process begin wait until clkevent and clk=1; if (count49999999) then count=count+1; clk_out=0; else count0); clk_out=1; end if; end process;end architecture arc_devider;6、报警模块：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity reporte isport(clk,l:in std_logic; q:out std_logic);end reporte;architecture b