數(shù)字競(jìng)賽搶答器課程設(shè)計(jì)Verilog語言實(shí)現(xiàn)

1、 可編程器件與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告姓 名： XXX 學(xué) 號(hào)： XXXXXXXXXX 專業(yè)班級(jí)： 信息XXX 題 目： 數(shù)字式競(jìng)賽搶答器 指導(dǎo)老師： 5一、緒論背景：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯器件（PLD）的出現(xiàn)，使得電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者利用EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件，就可以獨(dú)立設(shè)計(jì)自己的專用集成電路（ASIC）器件?？删幊踢壿嬈骷且环N半導(dǎo)體集成器件的半成品。在可編程邏輯器件的芯片中按一定方式（陣列形式或單元陣列形式）制作了大量的門、觸發(fā)器等基本邏輯器件，對(duì)這些基本器件適當(dāng)?shù)剡B接，就可以完成某個(gè)電路或系統(tǒng)的功能。 數(shù)字式競(jìng)賽搶答器控制系統(tǒng)是工廠、學(xué)校和電視臺(tái)等單位舉辦各種智力競(jìng)賽等娛樂活動(dòng)中經(jīng)常

2、使用的重要基礎(chǔ)設(shè)備之一。目前設(shè)計(jì)搶答器的方法很多，例如用傳統(tǒng)的PCB板設(shè)計(jì)、用PIC設(shè)計(jì)或者用單片機(jī)設(shè)計(jì)。而用Verilog可以更加快速、靈活地設(shè)計(jì)出符合各種要求的搶答器，優(yōu)于其他設(shè)計(jì)方法，使設(shè)計(jì)過程達(dá)到高度自動(dòng)化。本文介紹的4路數(shù)字式競(jìng)賽搶答器基于Verilog語言、以EDA技術(shù)作為開發(fā)手段、采用CPLD（復(fù)雜的可編程邏輯器件）作為控制核心設(shè)計(jì)而成。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比較，不僅簡(jiǎn)化了接口和控制，也提高了系統(tǒng)的整體性能和工作可靠性，具有電路簡(jiǎn)單、成本低廉、操作方便、靈敏可靠等優(yōu)點(diǎn)。意義： 數(shù)字式競(jìng)賽搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合，但目前所使用的搶答器存在分立元件使用較多

3、，造成每路的成本偏高，而現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展要求電子電路朝數(shù)字化、集成化方向發(fā)展，因此設(shè)計(jì)出數(shù)字化全集成電路的多路搶答器是現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的要求。二、實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)要求：1、設(shè)計(jì)一個(gè)可容納4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23秒的音響。5、設(shè)置一個(gè)計(jì)分電路，每組開始預(yù)置5分，由主持人記分，答對(duì)一次加1分，答錯(cuò)一次減1分。6、設(shè)置犯規(guī)電路，對(duì)超時(shí)答題（例如1分鐘）的組別鳴笛示警，并由組別顯示

4、電路顯示出犯規(guī)組別，該輪該選手退出，由裁判員重新發(fā)令，其他人再搶答。設(shè)計(jì)方案：此設(shè)計(jì)問題可分為第一信號(hào)鑒別、鎖存模塊，答題計(jì)時(shí)電路模塊，計(jì)分電路模塊和掃描顯示模塊四部分。第一信號(hào)鑒別鎖存模塊的關(guān)鍵是準(zhǔn)確判斷出第一搶答者并將其鎖存，在得到第一信號(hào)后，將輸入端封鎖，使其他組的搶答信號(hào)無效，可以用觸發(fā)器或鎖存器實(shí)現(xiàn)。設(shè)置搶答按鈕K1、K2、K3、K4，主持人復(fù)位信號(hào)judge，蜂鳴器驅(qū)動(dòng)信號(hào)buzzout。judge=0時(shí)，第一信號(hào)鑒別、鎖存電路、答題計(jì)時(shí)電路復(fù)位，在此狀態(tài)下，若有搶答按鈕按下，鳴笛示警并顯示犯規(guī)組別；judge=1時(shí)，開始搶答，由第一信號(hào)鑒別鎖存電路形成第一搶答信號(hào)，進(jìn)行組別顯示，

5、控制蜂鳴器發(fā)出聲響，并啟動(dòng)答題計(jì)時(shí)電路，若計(jì)時(shí)時(shí)間到，主持人復(fù)位信號(hào)還沒有按下，則由蜂鳴器發(fā)出犯規(guī)示警聲。計(jì)分電路是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊，采用十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器、數(shù)碼管數(shù)碼掃描顯示，設(shè)置復(fù)位信號(hào)Reset、加減分信號(hào)add_min，加減分狀態(tài)鍵key_state，Reset=0時(shí)所有得分回到起始分（5分），且加、減分信號(hào)無效；Reset=1時(shí)，由第一信號(hào)鑒別、鎖存電路的輸出信號(hào)選擇進(jìn)行加減分的組別，當(dāng)key_state=1時(shí)，按一次add_min，第一搶答組加1分；當(dāng)key_state=0時(shí)，每按一次add_min，則減1分。以下為每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)過程。三、程序及仿真/*頂層模塊信號(hào)定義：clk:

6、基準(zhǔn)時(shí)鐘輸入信號(hào)；k1,k2,k3,k4：搶答按鈕輸入信號(hào);seg:數(shù)碼管段輸出引腳；sl:數(shù)碼管位輸出引腳；add_min:加減分按鍵；key_state:加減分模式選擇按鍵；reset:初始5分設(shè)置鍵信號(hào)；judge:裁判員搶答開始鍵信號(hào)；o5：超時(shí)信號(hào)；o1、o2、o3、o4：搶答組別LED顯示輸出信號(hào)；buzz:示警輸出信號(hào)；*/moduleqiangdaqi(clk,k1,k2,k3,k4,seg,sl,add_min,key_state,reset,judge,o1,o2,o3,o4,o5,buzz,vg,sel);input clk,k1,k2,k3,k4,add_min,key

7、_state,reset,judge;output7:0 seg; output3:0 sl; output reg sel; output o1,o2,o3,o4,o5,vg; output buzz; reg 3:0 vg=0010; wire o1,o2,o3,o4; wire3:0 s1,s2,s3,s4; /* 模塊引用 */sel Q1(clk,k1,k2,k3,k4,judge,o1,o2,o3,o4,o5,buzz);/調(diào)用搶答信號(hào)鎖存顯示電路count Q2(clk,o1,o2,o3,o4,add_min,key_state,reset,s1,s2,s3,s4);/調(diào)用計(jì)分電

8、路dled Q3(seg,sl,s1,s2,s3,s4,clk);/調(diào)用數(shù)碼管顯示電路endmodule/*信號(hào)鎖存電路信號(hào)定義：CLK：時(shí)鐘信號(hào)；K1、K2、K3、K4、K5、K6：搶答按鈕信號(hào)；out1、out2、out3、out4、out5、out6：搶答LED顯示信號(hào)；judge:裁判員搶答開始信號(hào)；buzzout:示警輸出信號(hào)；flag:答題是否超時(shí)的標(biāo)志；*/module sel(clk,k1,k2,k3,k4,judge,out1,out2,out3,out4,out5,buzzout);input clk,k1,k2,k3,k4,judge; output out1,out2,

9、out3,out4,out5,buzzout;reg out1,out2,out3,out4,out5,block,buzzout; reg32:0 count; reg27:0 counter; reg flag;always(posedge clk )begincounter=counter+1; /裁判員發(fā)開始搶答信號(hào)，初始指示燈滅，蜂鳴器禁聲if(!judge) begin out1,out2,out3,out4,out5,block<=6'b111110;count=0; flag=0; endelse begin if(!k1)/第一組別按鍵是否按下begin if(

10、!block)begin out1=0;/點(diǎn)亮第一組別指示燈block=1;/封鎖別組搶答信號(hào)count=1;/第一組已按下按鈕，可啟動(dòng)答題計(jì)時(shí)器end endelse if(!k2)/第二組別按鍵是否按下begin if(!block)begin out2=0; block=1;count=1; endendelse if(!k3)/第三組別按鍵是否按下begin if(!block)begin out3=0; block=1; count=1; endendelse if(!k4) /第四組別按鍵是否按下begin if(!block)begin out4=0; block=1; coun

11、t=1; endendend /*答題計(jì)時(shí)開始，并判斷是否答題超時(shí)*/if(count!=0)begin if(count=32'hc11e7a00) /如果答題時(shí)間到了1分鐘，亮犯規(guī)燈begin count=0; out5<=0; flag=1'b1; endelse begin count=count+1; endendend /蜂鳴器發(fā)聲always(counter7)if(flag=1) buzzout=!(counter11&counter22&counter27);else buzzout=1'b0;endmodule/*去鍵盤抖動(dòng)信號(hào)

12、定義： clkin:基準(zhǔn)時(shí)鐘輸入信號(hào)；clkout:周期為20ms的信號(hào)輸出；*/modulef_1M(clkin,clkout);Input clkin; output clkout;regclkout; reg18:0count;always(negedgeclkin)if(count=19'd500000)begin count<=19'd000000; clkout<=clkout; endelse count<=count+1'b1;endmodule/*計(jì)分電路信號(hào)定義：clk:時(shí)鐘信號(hào)；c1,c2,c3,c4:搶答組別輸入信號(hào)；add_m

13、in:加減分按鈕；key_state:加減分標(biāo)志按鈕；reset:初始5分設(shè)置信號(hào)；count1:第一組得分輸出；count2:第二組得分輸出；count3:第三組得分輸出；count4:第四組得分輸出；*/module count(clk,c1,c2,c3,c4,add_min,key_state,reset,count1,count2,count3,count4);input clk,c1,c2,c3,c4,add_min,key_state,reset; output3:0 count1,count2,count3,count4;reg3:0 count1,count2,count3,c

14、ount4; wire clk0; regkeyout;f_1Mf_1Ma(clk,clk0); /引用獲得20毫秒的子模塊always(negedge clk0)keyout=add_min;always(posedge keyout)/根據(jù)相應(yīng)組別加減分begin if(!reset) /初始化各組的起始分?jǐn)?shù)count1,count2,count3,count4=16'h5555;if(!key_state) / key_state為低電平，選組別減分模式begin if(!c1)/第一組別減1分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count1!=4'b0000

15、) count1=count1-1; endif(!c2)/第二組別減1分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count2!=4'b0000) count2=count2-1; endif(!c3)/第三組別減1分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count3!=4'b0000) count3=count3-1; endif(!c4)/第四組別減1分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count4!=4'b0000) count4=count4-1; endend else/ key_state為高電平，選組別加分模式begin i

16、f(!c1)/第一組別加分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count1>9) count1=0;else count1=count1+1; endif(!c2)/第二組別加分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count2>9) count2=0;else count2=count2+1; endif(!c3)/第三組別加分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count3>9) count3=0;else count3=count3+1; endif(!c4)/第四組別加分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count4&g

17、t;9) count4=0;else count4=count4+1; end end endendmodule/*數(shù)碼管顯示電路信號(hào)定義：clk:時(shí)鐘信號(hào)；seg:數(shù)碼管段輸出引腳；sl:數(shù)碼管位輸出引腳；score1:第一組得分輸入；score2:第二組得分輸入；score3:第三組得分輸入；score4:第四組得分輸入；*/module dled (seg,sl,score1,score2,score3,score4,clk,vg);output7:0 seg; output3:0 sl;output reg 3:0 vg=0010;input clk; input3:0 score1,

18、score2,score3,score4;reg7:0 seg_reg;/定義數(shù)碼管段輸出寄存器reg3:0 sl_reg;/定義數(shù)碼管位輸出寄存器reg3:0 disp_dat;/定義顯示數(shù)據(jù)寄存器reg16:0 count;/定義計(jì)數(shù)器寄存器always(posedge clk)/定義clock信號(hào)上升沿觸發(fā)begin count=count+1;/計(jì)數(shù)器值加1endalways(count14:13)/定義顯示數(shù)據(jù)觸發(fā)事件begin case(count14:13)/選擇掃描顯示數(shù)據(jù)2'h0:disp_dat=score1;/在個(gè)位數(shù)碼管上顯示第一組別的分?jǐn)?shù)值2'h1:d

19、isp_dat=score2;/在十位數(shù)碼管上顯示第二組別的分?jǐn)?shù)值2'h2:disp_dat=score3;/在百位數(shù)碼管上顯示第三組別的分?jǐn)?shù)值2'h3:disp_dat=score4;/在千位數(shù)碼管上顯示第四組別的分?jǐn)?shù)值endcasecase(count14:13)/選擇數(shù)碼管顯示位2'h0:sl_reg=4'b1110;/選擇個(gè)位數(shù)碼管2'h1:sl_reg =4'b1101;/選擇十位數(shù)碼管2'h2:sl_reg =4'b1011;/選擇百位數(shù)碼管2'h3:sl_reg =4'b0111;/選擇千位數(shù)碼管en

20、dcase endalways(disp_dat)/顯示數(shù)據(jù)的解碼過程begincase(disp_dat)4'h0:seg_reg=8'h3f;/顯示數(shù)據(jù)04'h1:seg_reg=8'h06;/顯示數(shù)據(jù)14'h2:seg_reg=8'h5b;/顯示數(shù)據(jù)24'h3:seg_reg=8'h4f;/顯示數(shù)據(jù)34'h4:seg_reg=8'h66;/顯示數(shù)據(jù)44'h5:seg_reg=8'h6d;/顯示數(shù)據(jù)54'h6:seg_reg=8'h7d;/顯示數(shù)據(jù)64'h7:seg_reg=8'h07;/顯示數(shù)據(jù)74'h8:seg_reg=8'h7f;/顯示數(shù)據(jù)84'h9:seg_reg=8'h6f;/顯示數(shù)據(jù)94'ha:seg_reg=8'h77;/顯示數(shù)據(jù)a4'hb:seg_reg=8'h7c;/顯示數(shù)據(jù)b4'hc:seg_reg=8'h39;/顯示數(shù)據(jù)c4'hd:seg_reg=8'h51;/顯示數(shù)據(jù)d4'he:seg_reg=8'h79;/顯示數(shù)據(jù)e4'hf:seg_reg=8