EDA课程设计四人智力竞赛计数抢答器Word文件下载.docx
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5）FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。
可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
四、功能模块
1：
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
entityfengis
port（cp,clr:
instd_logic;
q:
outstd_logic）;
endfeng;
architecturefeng_arcoffengis
begin
process（cp,clr）
begin
ifclr='
0'
then
q<
='
;
elsifcp'
eventandcp='
then
1'
endif;
endprocess;
endfeng_arc;
此程序为抢答鉴别模块feng
该模块主要实现抢答和鉴别的功能。
在主持人发出抢答指令以后，若有参赛者按下抢答器的按钮，该模块将参赛者按下按键的信号输出高电平给锁存模块。
图2抢答鉴别模块的仿真波形
clr是低电平有效；
当cp来个下降沿时，输出q将一直为高电平符合模块要求。
2：
entityselis
port（clk:
a:
outintegerrange0to7）;
endsel;
architectureoneofselis
process（clk）
variableaa:
integerrange0to7;
ifclk'
eventandclk='
aa:
=aa+1;
a<
=aa;
endprocess;
endone;
此程序为VHDL程序
该程序生成的符号及仿真波形如下：
图3片选信号模块仿真图
当来一个脉冲时，输出将增加1，符合模块要求。
3：
entitylockbis
port（d1,d2,d3,d4:
clk,clr:
q1,q2,q3,q4,alm:
endlockb;
architecturelock_arcoflockbis
q1<
q2<
q3<
q4<
alm<
elsifclk'
=d1;
=d2;
=d3;
=d4;
endlock_arc;
此程序为锁存器模块LOCKB
该模块主要对选手按下按键进行锁存，锁存的同时发出alm信号实现声音提示。
图4锁存模块仿真图
当来一个上升沿的时候，alm发挥作用，并且d1对应输出q1。
4：
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitydecode3_8is
port（sel:
instd_logic_vector（2downto0）;
L:
outstd_logic_vector（7downto0）
）;
enddecode3_8;
architectureoneofdecode3_8is
begin
L<
="
11111110"
whensel=0else
"
11111101"
whensel=1else
11111011"
whensel=2else
11110111"
whensel=3else
11101111"
whensel=4else
"
11011111"
whensel=5else
10111111"
whensel=6else
01111111"
whensel=7else
11111111"
此程序为显示模块
显示模块是由七段LED数码管译码和动态扫描显示两部分组成。
采用的是共阴极七段数码管，根据十六进制数和七段显示段码表的对应关系，其中要求显示组别。
生成符号及仿真波形如下：
图5显示模块的仿真波形
5：
entitydeledis
port（d:
instd_logic_vector（3downto0）;
q:
outstd_logic_vector（6downto0））;
enddeled;
architectureoneofdeledis
process（d）
casedis
when"
0000"
=>
q<
0111111"
0001"
0000110"
0010"
1011011"
0011"
1001111"
0100"
1100110"
0101"
1101101"
0110"
1111101"
0111"
0100111"
1000"
1111111"
1001"
1101111"
whenothers=>
0000000"
endcase;
此程序为deled模块
该模块是七段译码器，对数据进行译码扫描：
图7deled模块
译码模块完成了对数据在数码管上正确地显示，符合模块要求。
6：
entitych41ais
port（d1,d2,d3,d4:
outstd_logic_vector（3downto0））;
endch41a;
architecturech41_arcofch41ais
process（d1,d2,d3,d4）
variabletmp:
std_logic_vector（3downto0）;
tmp:
=d1&
d2&
d3&
d4;
casetmpis
1011"
1101"
1110"
1111"
endch41_arc;
此程序为转换模块ch41a
该模块是将抢答结果转换为二进制数
图7转换模块ch41a仿真波形
将输入的抢答结果转换为二进制数，符合模块要求。
7：
entitych42ais
port（sel:
d1,d2,d3:
instd_logic_vector（3downto0）;
outstd_logic_vector（3downto0））;
endch42a;
architecturech42_arcofch42ais
process（sel,d1,d2,d3）
caseselis
000"
001"
111"
endch42_arc;
此程序为3选1模块ch42a
该模块是将对应数码管片选信号，送出需要的显示信号。
图83选1模块ch42a的仿真波形
当sel输入001时，输出为d2，符合要求。
8：
entitycountis
port（clk,en:
h,l:
outstd_logic_vector（3downto0）;
sound:
endcount;
architecturecount_arcofcountis
process（clk,en）
variablehh,ll:
begin
ifen='
ifll=0andhh=0then
sound<
elsifll=0then
ll:
hh:
=hh-1;
else
=ll-1;
="
h<
=hh;
l<
=ll;
endcount_arc;
此程序为倒计时模块count
该模块进行答题时间的倒计时，在满100秒后扬声器发出超时报警信号进行提示。
图9倒计时模块count仿真波形
当有clk上升沿来时，将从99秒开始倒计时，符合模块要求。
9：
entitydivis
clkout:
enddiv;
architectureoneofdivis
signalclk1kHz,clk1Hz:
std_logic;
variablecount_1:
integerrange0to9999;
if（clk'
）then
ifcount_1=9999then
clk1kHz<
=notclk1kHz;
count_1:
=0;
=count_1+1;
process（clk1kHz）
variablecount_2:
integerrange0to4;
if（clk1kHz'
eventandclk1kHz='
ifcount_2=4then
clk1Hz<
=notclk1Hz;
count_2:
=0;
count_2:
=count_2+1;
clkout<
=clk1Hz;
endone；
此程序为div模块
该模块是将扫描速度减慢，以方便读数。
图10div模块仿真
当CLK输入脉冲信号，经分频OUTCLK输出另一个脉冲以减缓扫描速度，符合要求。
五、总体设计电路图
1、总体电路原理图
系统的工作原理为：
在初始状态时，当主持人说开始抢答，并同时按下计时使能信号EN时，A、B、C、D四组开始抢答。
A、B、C、D四组中某一组谁最先按下抢答器，则此组的指示灯将点亮，同时显示器也将显示出抢答成功的组别。
接下来主持人宣布开始回答，同时倒计时器开始倒计时，抢答者开始回答问题。
若在规定的时间内回答完毕，则倒计时器停止倒计时；
若在规定的时间内没有回答完题目，在满100秒后扬声器发出超时报警信号进行提示。
完成第一轮抢答后，主持人按复位信号，重新开始抢答，重复上述步骤
2、管脚分配图
3、波形仿真
波形说明：
当第一位参赛者按下抢答器按钮时，将封锁其他人抢答信。
同时三八译码器把抢答组别正确显示在数码管上，译码模块也完成了倒计时在数码管上正确地显示，符合要求。
4、实验连线与硬件验证情况
用一根导线连clk与IO3，一根导线接连I08与SPEAKER。
启动电源，数码管有正确的数字显示。
在实验箱上按动PB[0]、PB[1]、PB[2]、PB[3]进行抢答，数码管上显示抢答的组别；
同时显示从99秒倒计时；
完成一轮后，以此类推。
若在规定的时间内没有回答完题目，在满100秒后扬声器发出超时报警信号并伴有灯亮进行提示。
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