EDA_抢答器_课设报告.doc

北 华 航 天 工 业 学 院EDA技术综合设计课程设计报告报 告 题 目： 基于VHDL的四路抢答器 作者所在系部： 电子工程系 作者所在专业： 自动化 作者所在班级： B07221 作 者 姓 名 ： 张玉垒 指导教师姓名： 崔瑞雪 完 成 时 间 ： 2009-11-29 内 容 摘 要抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，竞赛者可以分为若干组，抢答时各组对主持人提出的问题要在最短的时间内做出判断，并按下抢答按键回答问题。当第一个人按下按键后，则在显示器上显示该组的号码，同时电路将其他各组按键封锁，使其不起作用。若抢答时间内无人抢答，警报器发出警报。回答完问题后，由主持人将所有按键恢复，重新开始下一轮抢答。因此要完成抢答器的逻辑功能，该电路至少应包括抢答鉴别模块、分频器、计时模块、选择控制和报警器组成。关键词：抢答鉴别 封锁 计时 报警目 录一 概 述 5二 方案设计与论证5三 单元电路设计5 3.1. 抢答鉴别模块的设计 53.2 计时模块的设计 7 3.3 数据选择模块的设计 83.4 报警模块的设计 103.5 译码器模块的设计 123.6 分频模块 123.7 抢答器顶层文件的设计 133.8 主电路连线图 153.9 芯片引脚图 16四 器件编程与下载16五 性能测试与分析16六 实验设备16七 心得体会17八 参考文献17课程设计任务书课题名称基于VHDL的四路枪答器完成时间2009.11.29指导教师崔瑞雪职称副教授学生姓名张玉垒班级B07221总体设计要求和技术要点设计要求：1.抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮S0 S3表示。2.设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。3抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动“开始”键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。5. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。技术要点：1、实现封锁功能； 3、总程序的编译、仿真、打包并下载到实验箱。工作内容及时间进度安排工作内容：1、编程、仿真、打包、编辑总程序，编译。2、下载到实验箱，验证结果。进度安排：周一到周五上机调试程序。 周六并下载验证，做硬件实验。 周日课设验收并总结报告。课程设计成果1与设计内容对应的软件程序 2课程设计报告书3成果使用说明书 4设计工作量要求程序设计流程图层次化设计图形输入文本输入建立项目文件设计器件增益逻辑正确仿真分析引脚分配重新调整设计正确生成下载文件下载并验证NONOYESYES设计输入设计生成设计实现硬件下载一、概述 抢答器的逻辑结构较简单，它主要由抢答鉴别模块、分频器、计时模块、选择控制和报警器组成。在整个抢答器中最关键的是如何实现抢答封锁，在控制键按下的同时计数器倒计时显示有效剩余时间。除此之外，整个抢答器还需有一个使能信号和一个归零信号，以便抢答器能实现公平抢答和停止。抢答器共有3个输出显示，选手代号、计数器的个位和十位，他们输出全都为BCD码输出，这样便于和显示译码器连接。当主持人按下控制键、选手按下抢答键或倒计时到时蜂鸣器短暂响起。二、方案设计与论证将该任务分成七个模块进行设计，分别为：抢答器鉴别模块、抢答器计时模块、抢答器记分模块、分频模块、译码模块、数选模块、报警模块，最后是撰写顶层文件。1、 抢答器鉴别模块：在这个模块中主要实现抢答过程中的抢答功能，并能对超前抢答进行警告，还能记录无论是正常抢答还是朝前抢答者的台号，并且能实现当有一路抢答按键按下时，该路抢答信号将其余个绿抢答封锁的功能。其中有四个抢答信号s0、s1、s2、s3；抢答使能信号s；抢答状态显示信号states；抢答与警报时钟信号clk2；系统复位信号rst；警报信号tmp。2、 抢答器计时模块：在这个模块中主要实现抢答过程中的计时功能，在有抢答开始后进行30秒的倒计时，并且在30秒倒计时后无人抢答显示超时并报警。其中有抢答时钟信号clk2；系统复位信号rst；抢答使能信号s；抢答状态显示信号states；无人抢答警报信号warn；计时中止信号stop；计时十位和个位信号tb，ta。3、 数据选择模块：在这个模块中主要实现抢答过程中的数据输入功能，输入信号a3.0、b3.0、c3.0；计数输出信号s；数据输出信号y；计数脉冲clk2，实现a、b、c按脉冲轮流选通，在数码管上显示。4、 报警模块： 在这个模块中主要实现抢答过程中的报警功能，当主持人按下控制键，有限时间内 人抢答或是计数到时蜂鸣器开始报警，有效电平输入信号i；状态输出信号q；计数脉冲clk2。5、 译码模块：在这个模块中主要实现抢答过程中将BCD码转换成7段的功能。6、 分频模块：在这个模块中主要实现抢答过程中实现输出双脉冲的功能。7、 顶层文件：在这个模块中是对前七个模块的综合编写的顶层文件。三、单元电路设计（一）抢答鉴别模块 1、VHDL源程序library ieee;-抢答鉴别模块use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity qdjb is port(rst,clk2:in std_logic; s0,s1,s2,s3:in std_logic; states:buffer std_logic_vector(3 downto 0);tmp:out std_logic);end qdjb;architecture one of qdjb issignal st:std_logic_vector(3 downto 0);beginp1:process(s0,rst,s1,s2,s3,clk2) begin if rst=0 then tmp=0;st=0000; 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 ) 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 ) then st(1)=1; end if ; if (s2=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 (s3=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=s0 or s1 or s2 or s3;end if ;end process p1;p2:process(states(0),states(1),states(2),states(3) begin if (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 p2;end one;2、仿真图：（二）计时模块 1、VHDL源程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity js is port(clk,rst,s,stop:in std_logic; warn:out std_logic; ta,tb:buffer std_logic_vector(3 downto 0);end js;architecture one of js issignal co:std_logic;beginp1:process(clk,rst,s,stop,ta) begin if rst=0 or stop=1 then ta=0000; elsif clkevent and clk=1 then co=0; if s=1 then if ta=0000 then ta=1001;co=1; else ta=ta-1; end if; end if; end if;end process p1;p2:process(co,rst,s,stop,tb) begin if rst=0 or stop=1 then tb=0010; elsif coevent and co=1 then if s=1 then if tb=0000 then tb=0011; else tb=tb-1; end if; end if; end if;end process p2;2、仿真图（三）数据选择模块1、VHDL源程序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 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;2、仿真图（四）报警模块1、VHDL源程序LIBRARY IEEE;USE 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=1AND N=19)THEN WARN =NOT WARN; N=N+1; ELSE WARN DOUT7DOUT7DOUT7DOUT7DOUT7DOUT7DOUT7DOUT7DOUT7DOUT7DOUT7=0000000; END CASE; END PROCESS;END ARCHITECTURE ART;2、仿真图（六）分频模块1、VHDL源程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY clkdiv ISPORT(clk2 : IN STD_LOGIC;clk16 : OUT STD_LOGIC);END clkdiv;ARCHITECTURE rtl OF clkdiv ISSIGNAL count : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(clk2)BEGINIF (clk2event AND clk2=1) THENIF(count=1111) THENCount =0000;ELSECount = count +1;END IF ;END IF ;END PROCESS;PROCESS(clk2)BEGINIF (clk2event AND clk2=1) THENIF(count=1111) THENclk16 = 1;ELSEclk16 = 0;END IF ;END IF ;END PROCESS;END rtl;2、仿真图（七）顶层文件1、VHDL源程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity qiangdaqi is port(clk,clk2,s,s0,s1,s2,s3,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:in std_logic; tmp:out std_logic; states:out std_logic_vector(3 downto 0);end component;component js is port(clk,rst,s,stop:in std_logic; ring,warn:out std_logic; ta,tb:buffer std_logic_vector(3 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 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_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:sjxzportmap(clk2=clk2,rst=rst,a=states_out,b=ta_out,c=tb_out,s=m,y_out;u4:ymq port map(ain4=y_out,DOUT7=ledout);u5:alarm port map(clk2,i=s,q_out);end bhv;2、仿真图（八）主电路连线图（九）将程序下载到芯片FLEXEPF10LC84-4上，引脚图如下四、器件编程与下载将编译好的模块程序下载到CPLD中（注：device选取要与硬件对应，否则会导致实验失败），连线做硬件实验。五、性能测试与分析按下rst键清零，按下s键，观察数码管是否开始倒计时，扬声器是否发出报警声，按下s0,观察数码管是否显示1和抢答的时间，再按s1,s2.s3均不改变显示，按下rst键，观察是否清零，再按s键，不按别的，直到计时时间到，观察是否显示00，扬声器是否发出报警。 六、实验设备计算机，EL教学实验箱七、心得体会通过这次对抢答器的设计与实践，让我了解了设计的程序，也让我了解了关于抢答器的基本原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以