EDA技術(shù)課程設(shè)計(jì)數(shù)字式競賽搶答器

1、課程 eda技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目 數(shù)字式競賽搶答器專業(yè) 電子信息工程 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等主要內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)可容納6組參賽的數(shù)字式搶答器，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)人按下?lián)尨鸢粹o時(shí)，其他組的按鈕不起作用。當(dāng)主持人按下“復(fù)位”按鈕，所有組的按鍵才可用?；疽螅?、設(shè)計(jì)一個(gè)可容納6組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)一個(gè)按鈕，供搶答使用。2、搶答器具有第一信號(hào)鑒別和鎖存功能，使除第一搶答者外的按鈕不起作用。3、設(shè)置一個(gè)主持人“復(fù)位”按鈕。4、主持人復(fù)位后，開始搶答，第一信號(hào)鑒別鎖存電路得到信號(hào)后，有指示燈顯示搶答組別，揚(yáng)聲器發(fā)出2-3秒的音響。5、設(shè)置一個(gè)計(jì)分電路，每組開始預(yù)置100分，由主持人記分，答對(duì)一次加

2、10分，答錯(cuò)一次減10分。主要參考資料：1 潘松著.eda技術(shù)實(shí)用教程(第二版). 北京：科學(xué)出版社,2005.2 康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分. 北京：高教出版社,2006.3 閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高教出版社,2003.完成期限 2011.3.11 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2011年 3月7日一、總體設(shè)計(jì)思想1.基本原理本設(shè)計(jì)為六路智能搶答器，所以這種搶答器要求有六路不同組別的搶答輸入信號(hào)，并能識(shí)別最先搶答的信號(hào)，直觀地通過數(shù)顯和蜂鳴等方式顯示出組別；對(duì)回答問題所用的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)、顯示、超時(shí)報(bào)警、預(yù)置答題時(shí)間，同時(shí)該系統(tǒng)還應(yīng)有復(fù)位、倒計(jì)時(shí)啟動(dòng)功能。搶答過程：主持人按下系統(tǒng)

3、復(fù)位鍵（rst），系統(tǒng)進(jìn)入搶答狀態(tài)，計(jì)時(shí)模塊和計(jì)分模塊輸出初始信號(hào)給數(shù)碼顯示模塊并顯示出初始值。當(dāng)某參賽組搶先將搶答鍵按下時(shí)，系統(tǒng)將其余三路搶答信號(hào)封鎖，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音提示，組別顯示模塊送出信號(hào)給數(shù)碼顯示模塊，從而顯示出該搶答成功組臺(tái)號(hào)，并一直保持到下一輪主持人將系統(tǒng)清零為止。主持人對(duì)搶答結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，隨后，計(jì)時(shí)模塊送出倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)允許信號(hào)，開始回答問題，計(jì)時(shí)顯示器則從初始值開始以計(jì)時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)根據(jù)答題的正誤來確定加分或減分，并通過數(shù)碼顯示模塊將成績顯示出來。計(jì)時(shí)至0時(shí)，停止計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào)，以中止未回答完問題。當(dāng)主持人給出倒計(jì)時(shí)停止信號(hào)時(shí)，揚(yáng)聲器停止鳴叫。若參賽者在規(guī)定時(shí)

4、間內(nèi)回答完為題，主持人可給出倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)停止信號(hào)，以免揚(yáng)聲器鳴叫。主持人按下復(fù)位鍵，即rst為高電平有效狀態(tài)，清除前一次的搶答組別，又可開始新的一輪的搶答。此搶答器的設(shè)計(jì)中采用自頂向下的設(shè)計(jì)思路，運(yùn)用vhdl硬件描述語言對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行層次化、系統(tǒng)化的描述，并且先設(shè)計(jì)一個(gè)頂層文件，再把各個(gè)模塊連接起來。2.設(shè)計(jì)框圖搶答按鈕優(yōu)先編碼電路鎖存器譯碼電路顯示電路顯示電路譯碼電路計(jì)分電路預(yù)制報(bào)警電路控制電路主持人控制開關(guān)主電路二、設(shè)計(jì)步驟和調(diào)試過程總體設(shè)計(jì)電路1、 模塊設(shè)計(jì)和相應(yīng)模塊程序?qū)⒃撊蝿?wù)分成幾個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別為：搶答器鑒別模塊、搶答器記分模塊、譯碼模塊、數(shù)選模塊、報(bào)警模塊，最后是撰寫頂層文件。

5、搶答器鑒別模塊：在這個(gè)模塊中主要實(shí)現(xiàn)搶答過程中的搶答功能，并能對(duì)超前搶答進(jìn)行警告，還能記錄無論是正常搶答還是超前搶答者的臺(tái)號(hào)，并且能實(shí)現(xiàn)當(dāng)有一路搶答按鍵按下時(shí)，該路搶答信號(hào)將其余過濾搶答封鎖的功能。其中有六個(gè)搶答信號(hào)s0、s1、s2、s3、s4、s5；搶答使能信號(hào)s；搶答狀態(tài)顯示信號(hào)states；搶答與警報(bào)時(shí)鐘信號(hào)clk2；系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)rst；警報(bào)信號(hào)tmp。搶答鑒別模塊圖rst states3.0clk2 tmps0s1s2s3s4s5 qdjbvhdl源程序library ieee;-搶答鑒別模塊use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_

6、unsigned.all;entity qdjb isport(rst,clk2:in std_logic; s0,s1,s2,s3,s4,s5:in std_logic; states:buffer std_logic_vector(5 downto 0);tmp:out std_logic);end qdjb;architecture one of qdjb issignal st:std_logic_vector(5 downto 0);beginp1:process(s0,rst,s1,s2,s3,s4,s5,clk2) begin if rst=0 then tmp=0;st=000

7、0; elsif clk2event and clk2=1 then if (s0=1 or st(0)=1)and not( st(1)=1 or st(2)=1 or st(3)=1 or st(4)=1 or st(5)=1 ) then st(0)=1; end if ; if (s1=1 or st(1)=1)and not( st(0)=1 or st(2)=1 or st(3)=1 or st(4)=1 or st(5)=1) then st(1)=1; end if ; if (s2=1 or st(2)=1)and not( st(0)=1 or st(1)=1 or st(

8、3)=1 or st(4)=1 or st(5)=1) then st(2)=1; end if ; if (s3=1 or st(3)=1)and not( st(0)=1 or st(1)=1 or st(2)=1 or st(4)=1 or st(5)=1) then st(3)=1;if (s4=1 or st(4)=1)and not( st(0)=1 or st(1)=1 or st(2)=1 or st(3)=1 or st(5)=1) then st(4)=1; end if ; if (s5=1 or st(5)=1)and not( st(0)=1 or st(1)=1 o

9、r st(2)=1 or st(3)=1 or st(5)=1) then st(5)=1; end if ;tmp=s0 or s1 or s2 or s3 or s4 or s5;end if ;end process p1;p2:process(states(0),states(1),states(2),states(3) ,states(4),states(5) begin if (st=0000) then states=0000; elsif (st=0001) then states=0001;elsif (st=0010) then states=0010; elsif (st

10、=0100) then states=0011;elsif (st=0100) then states=0100; elsif (st=0101) then states=0101; elsif (st=1000) then states=0110; end if; end process p2;end one;數(shù)據(jù)選擇模塊：在這個(gè)模塊中主要實(shí)現(xiàn)搶答過程中的數(shù)據(jù)輸入功能，輸入信號(hào)a3.0、b3.0、c3.0；計(jì)數(shù)輸出信號(hào)s；數(shù)據(jù)輸出信號(hào)y；計(jì)數(shù)脈沖clk2，實(shí)現(xiàn)a、b、c按脈沖輪流選通，在數(shù)碼管上顯示。a3.0 s1.0b3.0 y3.0c3.0clk2rst sjxz數(shù)據(jù)選擇模塊vhdl源程

11、序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity sjxz is port (a,b,c: in std_logic_vector(3 downto 0);clk2,rst: in std_logic; s: out std_logic_vector(1 downto 0); y: out std_logic_vector(3 downto 0) ); end sjxz;architecture body_chooser of

12、 sjxz is signal count: std_logic_vector (1 downto 0); begin s=count; process(clk2,rst) begin if(rst=0)then count=10)then count=00; else countyyynull; end case; end process; end body_chooser報(bào)警模塊：在這個(gè)模塊中主要實(shí)現(xiàn)搶答過程中的報(bào)警功能，當(dāng)主持人按下控制鍵，有限時(shí)間內(nèi)有人搶答，有效電平輸入信號(hào)i；狀態(tài)輸出信號(hào)q；計(jì)數(shù)脈沖clk2。報(bào)警模塊圖clk oialarmvhdl源程序library ieee;us

13、e ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity alarm isport(clk,i:in std_logic; q:out std_logic);end alarm;architecture behave of alarm is signal warn:std_logic; signal n:integer range 0 to 20;begin q= warn; process(clk) begin if clkevent and clk=1 then if i=0 then warn =0; elsif(i

14、=1and n=19)then warn =not warn; n=n+1; else warn dout7dout7dout7dout7dout7dout7dout7dout7dout7dout7dout7=0000000; end case; end process;end architecture art;譯碼顯示電路圖頂層文件：在這個(gè)模塊中是對(duì)前面模塊的綜合編寫的頂層文件。vhdl源程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all

15、;entity qiangdaqi is port(clk,clk2,s,s0,s1,s2,s3,s4,s5,stop,rst:in std_logic; n,k,q_out:out std_logic; m:out std_logic_vector(1 downto 0); a,b,c,d,e,f,g:out std_logic);end qiangdaqi;architecture bhv of qiangdaqi iscomponent qdjb is port(clk2,rst:in std_logic; s0,s1,s2,s3,s4,s5:in std_logic; tmp:out

16、std_logic; states:out std_logic_vector(5 downto 0);end component;component js is port(clk,rst,s,stop:in std_logic; warn:out std_logic; ta,tb:buffer std_logic_vector(5 downto 0);end component;component sjxz is port(clk2,rst:in std_logic; s:out std_logic_vector(1 downto 0); a,b,c:in std_logic_vector(3

17、 downto 0); y:out std_logic_vector(3 downto 0);end component;component ymq is port(ain4: in std_logic_vector (3 downto 0); dout7: out std_logic_vector (6 downto 0);end component;component alarm is port(clk,i:in std_logic; q:out std_logic);end component;signal states_out,ta_out,tb_out,y_out:std_logic

18、_vector(3 downto 0);signal ledout:std_logic_vector(6 downto 0);signal w:std_logic;begina=ledout(6);b=ledout(5);c=ledout(4);d=ledout(3);e=ledout(2);f=ledout(1);gk,states=states_out);u2:js port map(clk,rst,s,stop,warn=n,ta=ta_out,tb=tb_out);u3:sjxz port map(clk2=clk2,rst=rst,s=m,a=states_out,b=ta_out,

19、c=tb_out,y=y_out);u4:ymq port map(ain4=y_out,dout7=ledout);u5:alarm port map(clk2,s,q_out);end bhv;2、 仿真及仿真結(jié)果分析搶答鑒別模塊仿真圖數(shù)據(jù)選擇模塊仿真圖報(bào)警模塊仿真圖譯碼模塊仿真圖頂層文件仿真圖clk接高電平，s0,s1,s2,sl3,s4,s5六個(gè)選手接低電平，鑒別器的輸出接指示燈，譯碼器的輸出接led數(shù)碼管，計(jì)分器的輸出接顯示譯碼器。當(dāng)主持人按下使能端時(shí)，六個(gè)選手同時(shí)搶答。如圖所示，若s0搶答，即為高電平時(shí)，s0燈亮，若回答正確，對(duì)其加分，即當(dāng)時(shí)鐘出現(xiàn)上升沿時(shí)就進(jìn)行加一或者減一的操作。

20、3、 實(shí)驗(yàn)調(diào)試結(jié)果按下rst鍵清零，按下s鍵，觀察數(shù)碼管是否開始倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器是否發(fā)出報(bào)警聲，按下s0,觀察數(shù)碼管是否顯示1和搶答的時(shí)間，再按s1,s2，s3,s4.s5均不改變顯示，按下rst鍵，觀察是否清零，再按s鍵，不按別的，直到計(jì)時(shí)時(shí)間到，觀察是否顯示00，揚(yáng)聲器是否發(fā)出報(bào)警第一個(gè)按下鍵的小組，搶答信號(hào)判定電路lock通過緩沖輸出信號(hào)的反饋將本參賽組搶先按下按鍵的信號(hào)鎖存，并且以異步清零的方式將其他參賽組的鎖存器清零，組別顯示、計(jì)時(shí)和計(jì)分會(huì)保存到主持人對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行清零操作時(shí)為止。當(dāng)ini=1時(shí)系統(tǒng)復(fù)位，使組別顯示信號(hào)g=0000，各組的指示燈信號(hào)s0=0，s1=0，s2=0，s3=0，s4=0，s5=0；當(dāng)ini=0，即低電平有效，使其進(jìn)入搶答鑒別狀態(tài)，到clk的上升沿到來時(shí)，以a組搶答成功為例，當(dāng)輸入信號(hào)為a=1，b=0，c=0，d=0，輸出信號(hào)g=1000，a1=1，即為鑒別出a組搶答成功，同時(shí)屏蔽其他組的輸入信號(hào)，以免發(fā)生錯(cuò)誤。三、結(jié)論及心得體會(huì)這次eda課程設(shè)計(jì)了一個(gè)星期，在這期間學(xué)到了很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏