基于VHDL的智力競(jìng)賽搶答器 完全設(shè)計(jì)

1、1 引 言當(dāng)今的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，選拔人才，評(píng)選優(yōu)勝，知識(shí)競(jìng)賽之類的活動(dòng)愈加頻繁，那么也就必然離不開搶答器。而現(xiàn)在的搶答器有著數(shù)字化，智能化的方向發(fā)展，這就必然提高了搶答器的成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識(shí)競(jìng)賽越來(lái)越多，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型搶答器必將大有市場(chǎng)。本搶答器通過(guò)十分巧妙的設(shè)計(jì)僅用兩塊數(shù)字芯片便實(shí)現(xiàn)了數(shù)顯搶答的功能，與其他搶答器電路相比較有分辨時(shí)間極短、結(jié)構(gòu)清晰，成本低、制作方便等優(yōu)點(diǎn)，并且還有防作弊功能。因此，我們制作了這款簡(jiǎn)易搶答器摒棄了成本高，體積大，而且操作復(fù)雜。我們采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動(dòng)鎖存顯示結(jié)果，并自動(dòng)復(fù)位的設(shè)計(jì)思想，因而本搶答器具有顯示直觀，不需要人干預(yù)的特點(diǎn)。而

2、且在顯示時(shí)搶答器會(huì)發(fā)出叮咚聲使效果更為生動(dòng)。工廠、學(xué)校和電視臺(tái)等單位常舉辦各種智力競(jìng)賽, 搶答記分器是必要設(shè)備。1.1智能競(jìng)賽搶答器概述智力競(jìng)賽是“快樂學(xué)習(xí)”這一教育模式的典范，它采用在規(guī)定的一段時(shí)間內(nèi)搶答和必答等方式，在給人們的生活帶來(lái)樂趣的同時(shí)，也使參與者和觀眾在愉悅的氛圍中學(xué)到一些科學(xué)知識(shí)和生活知識(shí)，因此很受大家的喜歡。智力搶答器在智力競(jìng)賽中起到很重要的角色，能夠準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出首輪搶答者，并且通過(guò)搶答器的數(shù)碼顯示和警示蜂鳴等方式指示出首輪搶答者。1.2 EDA技術(shù)及優(yōu)勢(shì)EDA技術(shù)是在電子CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)

3、技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)。利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過(guò)計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出IC版圖或PCB版圖的整個(gè)過(guò)程在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。現(xiàn)在對(duì)EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，都有EDA的應(yīng)用。目前EDA 技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用。例如在飛機(jī)制造過(guò)程中，從設(shè)計(jì)、性能測(cè)試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到EDA技術(shù)。【2】傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法采用自底向上的設(shè)計(jì)方法，一般先按電子系統(tǒng)的具體功能要求進(jìn)行功

4、能劃分，然后對(duì)每個(gè)子模塊畫出真值表，用卡諾圖進(jìn)行手工邏輯簡(jiǎn)化，寫出布爾表達(dá)式，畫出相應(yīng)的邏輯線路圖，再據(jù)此選擇元器件，設(shè)計(jì)電路板，最后進(jìn)行實(shí)測(cè)與調(diào)試，由于無(wú)法進(jìn)行硬件系統(tǒng)功能仿真，如果某一過(guò)程存在錯(cuò)誤，查找和修改十分不便，所以這是一種費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的設(shè)計(jì)方法,而現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)(EDA是自頂向下且先進(jìn)高效的。在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方式、系統(tǒng)硬件構(gòu)成、設(shè)計(jì)的重用性、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、設(shè)計(jì)周期等方面,EDA技術(shù)具有一定的優(yōu)勢(shì)。所以本次設(shè)計(jì)的搶答器拋棄了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，選擇了采用主流的EDA技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。2 整體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)一臺(tái)智能搶答器，必須能夠準(zhǔn)確判斷出第一位搶答者，并且通過(guò)

5、數(shù)顯、蜂鳴這些途徑能讓人們很容易得知誰(shuí)是搶答成功者，并設(shè)置一定的回答限制時(shí)間，讓搶答者在規(guī)定時(shí)間內(nèi)答題，主持人根據(jù)答題結(jié)果實(shí)行增減分的操作，并將分?jǐn)?shù)顯示在屏幕上，評(píng)出最終贏家。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)智能搶答器的模塊需要滿足鑒別、計(jì)時(shí)、計(jì)分、數(shù)顯等功能，具體設(shè)計(jì)要求如下：（1）搶答器可容納四組選手，并為每組選手設(shè)置一個(gè)按鈕供搶答者使用；為主持人設(shè)置一個(gè)控制按鈕，用來(lái)控制系統(tǒng)清零（組別顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答開始；（2）電路具有對(duì)第一搶答信號(hào)的鎖存、鑒別和顯示等功能。在主持人將系統(tǒng)復(fù)位并發(fā)出搶答指令后，蜂鳴器提示搶答開始，計(jì)時(shí)顯示器顯示初始時(shí)間并開始倒計(jì)時(shí)，若參賽選手按下?lián)尨鸢粹o，則該組別的信號(hào)立即被鎖存，

6、并在組別顯示器上顯示該組別，同時(shí)揚(yáng)聲器也給出音響提示，此時(shí)，電路具備自鎖功能，使其他搶答按鈕不起作用。（3）如果無(wú)人搶答，計(jì)時(shí)器倒計(jì)時(shí)到零，蜂鳴器有搶答失敗提示，主持人可以按復(fù)位鍵，開始新一輪的搶答。（4）搶答器具有限時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定，本搶答時(shí)間設(shè)定為60秒。當(dāng)主持人啟動(dòng)開始鍵后，要求計(jì)時(shí)器采用倒計(jì)時(shí)，同時(shí)最后十秒揚(yáng)聲器會(huì)發(fā)出聲響提示；（5）參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答，則搶答有效，定時(shí)器停止工作，主持人根據(jù)搶答結(jié)果給出分?jǐn)?shù)，并由數(shù)碼管顯示選手的組別、搶答分?jǐn)?shù)，并一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。【5】2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)為四路智能搶答器，所以這種搶答器要求有四路不同

7、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(guò)數(shù)顯和蜂鳴等方式顯示出組別；對(duì)回答問(wèn)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(guò)程：主持人按下系統(tǒng)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(wèn)題，計(jì)時(shí)顯示器則從初始值開始以計(jì)時(shí)，在規(guī)

8、定的時(shí)間內(nèi)根據(jù)答題的正誤來(lái)確定加分或減分，并通過(guò)數(shù)碼顯示模塊將成績(jī)顯示出來(lái)。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(wèn)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)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(yǔ)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(lái)。【3】系統(tǒng)的總體框圖如下：圖2-1系統(tǒng)的總體框圖3 子模塊的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)根據(jù)對(duì)搶答器的功能要求

9、，把要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)劃分為五個(gè)功能模塊：搶答信號(hào)鑒別模塊、計(jì)時(shí)模塊、計(jì)分模塊、數(shù)碼顯示模塊和揚(yáng)聲器控制電路，具體的說(shuō)，顯示模塊又包含最先搶答的組別顯示電路、計(jì)時(shí)值顯示電路和計(jì)分顯示電路。計(jì)時(shí)模塊、計(jì)分模塊、數(shù)碼顯示模塊和揚(yáng)聲器控制電路，具體的說(shuō)，顯示模塊又包含最先搶答的組別顯示電路、計(jì)時(shí)值顯示電路和計(jì)分顯示電路。【2】3.1 搶答鑒別模塊搶答鑒別模塊用來(lái)準(zhǔn)確直觀地判斷A、B、C、D四組搶答者誰(shuí)最先按下按鈕,并為顯示端送出信號(hào)，通過(guò)數(shù)顯和蜂鳴等途徑使觀眾能夠清楚地知道是哪一組搶答成功，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。同時(shí)組別顯示端為下一模塊輸入信號(hào)，以方便主持人為該組搶答成功者進(jìn)行加減分的操作。搶答鑒別模塊的

10、元件圖如下圖所示：圖3-1 鑒別模塊元件框圖引腳作用：輸入信號(hào)：各組的搶答按鈕A、B、C、D，系統(tǒng)清零信號(hào)INI。輸出信號(hào)： 各組的搶答按鈕顯示端A1、B1、C1、D1，組別顯示端G3.0。原理：第一個(gè)按下鍵的小組，搶答信號(hào)判定電路LOCK通過(guò)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)A1=0，B1=0，C1=0，D1=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(lái)時(shí)，以A組搶答成功為

11、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。同理其他組別搶答成功也是這樣的鑒別過(guò)程?！?】備注：理論上來(lái)說(shuō)，A、B、C、D四組搶答，應(yīng)該有從00001111等16種可能情況，但是由于時(shí)鐘信號(hào)的頻率很高而且是在時(shí)鐘信號(hào)上升沿的狀況下才做出的鑒別，所以在這里兩組以上同時(shí)搶答成功的可能性非常小，因此可以只設(shè)計(jì)四種情況，即A、B、C、D分別為1000、0100、0010、0001，這大大簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜性。其用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行編程的流程圖如下圖所示：圖3-2 搶答鑒別模塊的流程圖3.2 計(jì)時(shí)模塊當(dāng)搶

12、答鑒別模塊成功判別出最先按下?lián)尨鸢粹o的參賽組后，在成功鑒別出哪組最先搶答后，主持人按下計(jì)時(shí)信號(hào)，則進(jìn)入計(jì)時(shí)狀態(tài)。計(jì)時(shí)模塊可分作兩部分：（1）預(yù)置數(shù)；（2）60秒倒計(jì)時(shí)。60秒時(shí)間用兩個(gè)數(shù)碼管QA，QB顯示，其中QA表示60秒的個(gè)位，QB表示60秒的十位。計(jì)時(shí)模塊開始工作從預(yù)置初始值開始以秒計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)至0秒時(shí)停止，時(shí)間耗盡時(shí)，揚(yáng)聲器會(huì)發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào)，以中止答題。圖3-3 計(jì)時(shí)模塊的元件圖該系統(tǒng)輸入信號(hào)有：系統(tǒng)清零信號(hào)CLR，計(jì)時(shí)預(yù)置控制端LDN，計(jì)時(shí)使能端EN，系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)CLK，計(jì)時(shí)預(yù)置數(shù)據(jù)調(diào)整按鈕TA、TB。系統(tǒng)輸出信號(hào)有：倒計(jì)時(shí)輸出端QA3.0、QB3.0。當(dāng)清零信號(hào)CLR=1時(shí)，模塊輸

13、出信號(hào)QA=0000 ，QB=0000。當(dāng)預(yù)置數(shù)控制信號(hào)LDN=1可通過(guò)TA來(lái)調(diào)整QA，TA來(lái)一次高電平，則QA的數(shù)值就加1；用TB來(lái)調(diào)整QB，通過(guò)這兩個(gè)調(diào)整信號(hào)可調(diào)整參賽者答題所需要的時(shí)間。在CLR=0，LDN=0,EN=1時(shí)，通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)CLK的上升沿來(lái)進(jìn)行60秒到計(jì)時(shí)?！?】其用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行編程的流程圖如下： QB<=QB=1圖3-4 搶答計(jì)時(shí)模塊的流程圖3.3 計(jì)分模塊計(jì)分模塊的運(yùn)行方式是按照十進(jìn)制進(jìn)行加減，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。記分模塊為哪組進(jìn)行記分取決于鑒別模塊的輸入信號(hào)G，當(dāng)G=1000時(shí)表示A組最先搶答，則在此模塊中為A組記分，當(dāng)G=0100時(shí)

14、表示B組最先搶答，則在此模塊中為B組記分，當(dāng)G=0010時(shí)表示C組最先搶答，則在此模塊中為C組記分，當(dāng)G=0001時(shí)表示D組最先搶答，則在此模塊中為D組記分。以A組為例來(lái)說(shuō)明此模塊的設(shè)計(jì)，當(dāng)復(fù)位信號(hào)RST=1時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位且A組的分值顯示初始值，為100分。當(dāng)RST=0時(shí)，如果該組選手答題正確，則主持人按下加分鍵，即ADD=1，此時(shí)對(duì)該組進(jìn)行加分操作；如果該組選手答題錯(cuò)誤，則主持人按下減分鍵，即SUB=1，此時(shí)對(duì)該組進(jìn)行減分操作。計(jì)分模塊的元件圖如下圖所示:圖3-5 計(jì)分模塊的元件圖系統(tǒng)的輸入信號(hào)有：計(jì)分復(fù)位端RST，加分按鈕端ADD，減分按鈕端SUB，組別號(hào)輸入端CHOS3.0。系統(tǒng)的輸出信號(hào)

15、有：A組分?jǐn)?shù)輸出端AA23.0、AA13.0、AA03.0，B組分?jǐn)?shù)輸出端BB23.0、BB13.0、BB03.0，C組分?jǐn)?shù)輸出端CC23.0、CC13.0、CC03.0，D組分?jǐn)?shù)輸出端DD23.0、DD13.0、DD03.0。計(jì)分模塊用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行編程的流程圖如下：圖3-6計(jì)分模塊的設(shè)計(jì)狀態(tài)圖注：在設(shè)計(jì)中減法的實(shí)現(xiàn)是以加法運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)的。也以A為例，由于每次減分都是減去10分，即每次為POINTS_A1減一，所以可以用POINTS_A1+ "1111"來(lái)實(shí)現(xiàn)。如：0111-0001=0110，用加法實(shí)現(xiàn)：0111+1111=10110。由于POINTS_A1: STD_

16、LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0，所以POINTS_A1=0110。3.4 譯碼顯示模塊該模塊實(shí)際上是一個(gè)譯碼器，譯碼器是組合邏輯電路的一個(gè)重要的器件，其可以分為：變量譯碼和顯示譯碼兩類。變量譯碼一般是一種較少輸入變?yōu)檩^多輸出的器件，一般分為2n譯碼和8421BCD碼譯碼兩類。 顯示譯碼主要解決二進(jìn)制數(shù)顯示成對(duì)應(yīng)的十、或十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換功能，一般其可分為驅(qū)動(dòng)LED和驅(qū)動(dòng)LCD兩類。譯碼是編碼的逆過(guò)程。圖3-7 譯碼顯示模塊的元件圖主要原理是四位二進(jìn)制BCD編碼轉(zhuǎn)換成七段二進(jìn)制數(shù)字，以阿拉伯?dāng)?shù)字的形式輸出在數(shù)碼管上，使觀眾能夠更直觀的看到結(jié)果。譯碼器的譯碼對(duì)照表如下所示：顯示的數(shù)字

17、/字母BCD編碼七段數(shù)碼管2進(jìn)制000000111111100010000110200101011011300111001111401001100110501011101101601101111101701110000111810001111111910011101111XXXXX0000000表3-1 譯碼器的譯碼對(duì)照表備注 ：在程序中只考慮0000-1001（即0-9）的情況，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的七段顯示器的碼子，其他情況不予考慮。43.5 搶答器的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單獨(dú)模塊只有彼此聯(lián)系起來(lái)構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)其功能，這個(gè)過(guò)程有兩種實(shí)現(xiàn)方法：元件例化。也是用編程的方式將它們各個(gè)程序、信號(hào)、輸入輸

18、出之間的關(guān)系用VHDL語(yǔ)言來(lái)敘述清楚，還關(guān)系到程序的調(diào)用問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)者思路清晰，設(shè)計(jì)合理；元器件圖示連線。這種連線方法思路清晰可見，而且用的時(shí)候很簡(jiǎn)單方便，出現(xiàn)錯(cuò)誤也很好檢查。在設(shè)計(jì)中選擇的是這種方法。通過(guò)總的頂層元件圖可以很清晰的看到模塊連接的原理。圖3-8 頂層元件圖 注：本設(shè)計(jì)中，搶答器組別信號(hào)A、B、C、D為高電平時(shí)，其功能為有效狀態(tài)。同樣，系統(tǒng)清零信號(hào)CLR、預(yù)置及倒計(jì)時(shí)控制信號(hào)LDN，亦為高電平有效。當(dāng)CLR有效時(shí)，搶答信號(hào)判別電路清零，為判別優(yōu)先搶答信號(hào)做出準(zhǔn)備。當(dāng)計(jì)時(shí)使能端EN為低電平，預(yù)置時(shí)間設(shè)置信號(hào)LDN=1時(shí)，通過(guò)計(jì)時(shí)預(yù)置數(shù)據(jù)調(diào)整按鈕TA、TB進(jìn)行預(yù)置數(shù)。當(dāng)計(jì)時(shí)使能端E

19、N為高電平，有系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)CLK時(shí)，進(jìn)行一分鐘倒計(jì)時(shí)。輸入時(shí)鐘CLK一方面作為揚(yáng)聲器控制電路的輸入信號(hào)，另一方面作為搶答信號(hào)判別電路中鎖存器時(shí)鐘，為使揚(yáng)聲器音調(diào)較為悅耳，且是搶答判別電路有較高的準(zhǔn)確度（對(duì)信號(hào)判別的最大誤差是一個(gè)時(shí)鐘周期），CLK信號(hào)頻率高低應(yīng)適中，可取500Hz-1KHz；同時(shí)CLK信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻后向倒計(jì)時(shí)電路提供信號(hào)。附表：輸入/輸出引腳的作用：端口名功能CLK系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)A,B,C,D搶答信號(hào)輸入CLR系統(tǒng)清零EN計(jì)時(shí)使能信號(hào)RST記分復(fù)位CHOS（3.0）組別信號(hào)輸入DOUT7（6.0）譯碼管輸出信號(hào)G (3.0組別顯示LDN計(jì)時(shí)預(yù)置控制信號(hào)AIN4（3.0）譯碼管輸入表

20、3-2 輸入/輸出引腳的作用4 智能搶答器子模塊的仿真驗(yàn)證4.1鑒別模塊的仿真驗(yàn)證利用MAX+plusII進(jìn)行編譯，綜合，仿真，時(shí)序圖如下：圖4-1鑒別模塊的仿真時(shí)序圖引腳作用：系統(tǒng)輸入信號(hào)：各組的搶答按鈕A、B、C、D，系統(tǒng)清零信號(hào)CLR，CLK時(shí)鐘信號(hào)。系統(tǒng)的輸出信號(hào)： 各組的搶答按鈕顯示端A1、B1、C1、D1，組別顯示端控制信號(hào)G3.0。仿真分析：當(dāng)鑒別模塊的清零信號(hào)CLR為高電平時(shí)，無(wú)論A、B、C、D四組參賽者誰(shuí)按下?lián)尨鸢粹o，系統(tǒng)輸出均為零，同時(shí)組別顯示端G輸出信號(hào)也顯示為零；當(dāng)清零信號(hào)CLR為低電平時(shí)，A、B、C、D四組參賽者誰(shuí)先按下?lián)尨鸢粹o，組別顯示端就顯示該組別的號(hào)碼。假如C組

21、按下?lián)尨鸢粹o時(shí)，組別輸出為0010，同時(shí)C組的顯示燈被點(diǎn)亮。仿真圖上顯示的為A先搶答，因?yàn)樵?-1.28微秒之間A、C雖然都按搶答鍵，但CLR為有效狀態(tài)，所以在此時(shí)間段內(nèi)的搶答無(wú)效。4.2計(jì)時(shí)模塊的仿真驗(yàn)證利用MAX+plusII進(jìn)行編譯，綜合，仿真，時(shí)序圖如下：圖4-2 計(jì)時(shí)模塊的仿真時(shí)序圖引腳作用：系統(tǒng)輸入信號(hào)：系統(tǒng)清零信號(hào)CLR，計(jì)時(shí)預(yù)置控制端LDN，計(jì)時(shí)使能端EN，系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)CLK，計(jì)時(shí)預(yù)置數(shù)據(jù)調(diào)整按鈕TA、TB。系統(tǒng)輸出信號(hào)：倒計(jì)時(shí)輸出端QA3.0、QB3.0。仿真分析：當(dāng)系統(tǒng)清零信號(hào)CLR=1時(shí)，計(jì)時(shí)器的時(shí)鐘信號(hào)回到計(jì)時(shí)預(yù)置倒計(jì)時(shí)起始狀態(tài)，此時(shí)倒計(jì)時(shí)輸出端QA=0000,QB=0

22、000.當(dāng)計(jì)時(shí)使能端EN=0，計(jì)時(shí)預(yù)置控制端LDN=1時(shí)，通過(guò)計(jì)時(shí)預(yù)置數(shù)據(jù)調(diào)整按鈕TA、TB進(jìn)行預(yù)制數(shù)，并且通過(guò)TA,TB來(lái)調(diào)整QA,QB即當(dāng)TA=1時(shí)，則QA的數(shù)值加1，當(dāng)TB=1時(shí)，則QB的數(shù)值也加1。當(dāng)計(jì)時(shí)使能端EN=1，系統(tǒng)清零信號(hào)CLR=0，并且計(jì)時(shí)預(yù)置控制端LDN=0時(shí)，通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)上升沿CLK來(lái)進(jìn)行60秒倒計(jì)時(shí)。4.3計(jì)分模塊的仿真驗(yàn)證利用MAX+plusII進(jìn)行編譯，綜合，仿真，時(shí)序圖如下：圖4-3 計(jì)分模塊的仿真時(shí)序圖引腳作用：系統(tǒng)的輸入信號(hào)有：計(jì)分復(fù)位端RST，加分按鈕端ADD，減分按鈕端SUB，組別號(hào)輸入端CHOS3.0。系統(tǒng)的輸出信號(hào)有：A組分?jǐn)?shù)輸出端AA23.0、AA

23、13.0、AA03.0，B組分?jǐn)?shù)輸出端BB23.0、BB13.0、BB03.0，C組分?jǐn)?shù)輸出端CC23.0、CC13.0、CC03.0，D組分?jǐn)?shù)輸出端DD23.0、DD13.0、DD03.0。仿真分析：首先應(yīng)該清楚，在計(jì)分器電路的設(shè)計(jì)中，按十進(jìn)制進(jìn)行加減分操作的，當(dāng)出現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)上升沿CLK就可以完成對(duì)參賽者加減分操作。智能搶答器記分模塊的仿真時(shí)以加分操作為例。由仿真圖3-10可知以下情況：（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)計(jì)分復(fù)位端RST=1時(shí)，并且組別輸入信號(hào)CHOS=0000,其中的組別輸入信號(hào)是搶答鑒別模塊的輸出信號(hào)，計(jì)分器復(fù)位，此時(shí)以上四組都不會(huì)產(chǎn)生加減分操作。（2）然而當(dāng)計(jì)分復(fù)位端RST=0時(shí)

24、，此時(shí)計(jì)分器可以計(jì)分。當(dāng)CHOS=0001時(shí)，組別顯示為A組，此時(shí)主持人利用計(jì)分器對(duì)A組進(jìn)行加減分操作；當(dāng)CHOS=0010時(shí)，組別顯示為B組，此時(shí)主持人則利用計(jì)分器對(duì)B組進(jìn)行加減分操作；當(dāng)CHOS=0100時(shí)，組別顯示為C組，此時(shí)系統(tǒng)對(duì)C組進(jìn)行加減分操作；當(dāng)CHOS=1000時(shí)，組別顯示為D組，此時(shí)對(duì)D組進(jìn)行加減分操作。由仿真圖可知，當(dāng)主持人按下系統(tǒng)復(fù)位鍵RST鍵時(shí)，使分?jǐn)?shù)復(fù)位，每位設(shè)置的初始分?jǐn)?shù)為100分。當(dāng)CHOS=1000時(shí)，即D搶答成功時(shí)，加分鍵ADD輸入四個(gè)脈沖，DD1加到4，說(shuō)明加分成功，成績(jī)變?yōu)?40分。其他搶答者搶答成功后的加分操作與此相同。減分的仿真與此類似，因?yàn)槭且约臃▽?shí)

25、現(xiàn)，本質(zhì)與加分相同，當(dāng)計(jì)分復(fù)位端RST=0時(shí)，可以計(jì)分。由仿真圖可知，初始成績(jī)均為100分。當(dāng)CHOS=1000時(shí)，即D搶答成功時(shí)，減分鍵SUB輸入四個(gè)脈沖，DD1加到4，說(shuō)明減分成功，成績(jī)變?yōu)?0分。其他搶答者搶答成功后的減分操作與此相同。4.4數(shù)顯模塊的仿真驗(yàn)證利用MAX+plusII進(jìn)行編譯，綜合，仿真，時(shí)序圖如下：圖4-4數(shù)顯模塊的仿真時(shí)序圖引腳作用：輸入信號(hào)：AIN4；輸出信號(hào)：DOUT7。仿真分析：當(dāng)AIN4= "0000" ， DOUT7輸出"1111110",此時(shí)數(shù)碼管顯示0； 當(dāng)AIN4= "0001" ， DOUT

26、7輸出"0110000",此時(shí)數(shù)碼管顯示1；當(dāng)AIN4= "0010" ， DOUT7輸出"1101101",此時(shí)數(shù)碼管顯示2； 當(dāng)AIN4= "0011" ， DOUT7輸出"1111001",此時(shí)數(shù)碼管顯示3； 當(dāng)AIN4= "0100" ， DOUT7輸出"0110011",此時(shí)數(shù)碼管顯示4； 當(dāng)AIN4= "0101" ， DOUT7輸出"1011011",此時(shí)數(shù)碼管顯示5；當(dāng)AIN4= "0110

27、" ， DOUT7輸出"1011111",此時(shí)數(shù)碼管顯示6；當(dāng)AIN4= "0111" ， DOUT7輸出"1110000",此時(shí)數(shù)碼管顯示7；當(dāng)AIN4= "1000" ， DOUT7輸出"1111111",此時(shí)數(shù)碼管顯示8；當(dāng)AIN4= "1001" ， DOUT7輸出"1111011",此時(shí)數(shù)碼管顯示9；4.5系統(tǒng)整體的仿真驗(yàn)證圖4-5系統(tǒng)整體的仿真時(shí)序圖注：為使仿真波形圖清晰明了，且某些引腳在一定時(shí)間內(nèi)總是保持同一值不變，故特將其簡(jiǎn)化，不

28、予在此圖中顯示。5 總結(jié)5.1 此次搶答器設(shè)計(jì)結(jié)果通過(guò)Max+Plus的仿真，證明了本產(chǎn)品在實(shí)際運(yùn)用中的正確性，完全可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期任務(wù)的要求，在有一組信號(hào)搶答成功后蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，在兩組或兩組以上信號(hào)同時(shí)搶答時(shí)視搶答無(wú)效，蜂鳴器不予響應(yīng)。且計(jì)分器在實(shí)現(xiàn)計(jì)分功能時(shí)能夠準(zhǔn)確計(jì)數(shù)并將分?jǐn)?shù)呈三位數(shù)顯示，計(jì)時(shí)器在按下計(jì)時(shí)開始按鈕后可以從60秒倒計(jì)時(shí)并通過(guò)譯碼器實(shí)時(shí)顯示計(jì)時(shí)結(jié)果。5.2 對(duì)該設(shè)計(jì)的建議1.在搶答鑒別模塊中，搶答成功后各組臺(tái)號(hào)燈具有記憶功能，這一點(diǎn)會(huì)造成即使下一輪搶答沒有搶答成功者（即有兩人或兩人以上同時(shí)按下?lián)尨鹌鳎氨稽c(diǎn)亮的led燈會(huì)仍然保持點(diǎn)亮狀態(tài)。雖然此時(shí)可以根據(jù)有沒有警報(bào)聲來(lái)提示搶答是否有效