太原理工大学EDAFPGA八路抢答器应用设计课程设计

太原理工大学

CPLD/FPGA应用设计 课程设计

设计名称 八路抢答器

专业班级 测控13-1班

学 号 2013101561

姓 名 王文俊

指导教师 张 博

同 组 人 王文俊,云崇碧

太原理工大学现代科技学院

课程设计任务书

指导教师签名： 日期：

一、设计目的

1、加深对VHDL语言设计的理解；

2、通过对抢答器的设计加深对CPLD/FPG课程理解

3、通过对抢答器的设计了解简易集成电路的设计思路。

二、设计要求

1．设计具有一个可容纳8组参赛者的数字智力抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。

2．主持人按键清零，数码管显示0，进入抢答状态；

3.主持人发出开始命令，8人开始抢答，若有人先按下抢答按钮，数码管显示该组号码，其他人再按抢答按钮，系统不再响应；

4.设置记分电路，可显示每组选手的分数；

5.设置计时显示。

三、设计方案

根据系统设计要求可知，系统的输入信号有：各组的抢答按钮A、B、C、D、E、F、G、H,系统清零信号CLR，系统时钟信号CLK，计分复位信号RET，加分按钮信号ADD，计时预置控制信号LDN，计时使能信号EN，计时预置调整信号按钮AN、BN,系统的输出信号有：4个组抢答成功与否的指示灯控制信号输出口LEDA、LEDB、LEDC、LEDD、LEDE、LEDF、LEDG、LEDH,4个组抢答时的计时数码管显示控制信号若干，抢答成功组别显示的控制信号若干，各组计分动态显示的控制信号若干。

本次课程设计的主要目的旨在通过独立完成一个 “抢答器”的设计，达到对EDA技术的熟练掌握，提升对《CPLD/FPGA技术及应用》课程所学内容的掌握和应用。

以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。基于VHDL程序设计中拥有输入设计流程 ,其包括设计输入，综合，适配，仿真测试和编程下载等方法。与其他应用软件相比，他提供了更强大、更直观便捷和操作灵活的原理图输入设计功能，同时还配备了更丰富的适用于各种需要的元件库，其中包括基本的逻辑元件，宏功能元件，以及类似于IP核的参数可设置的宏功能块LPM库。

设计者不必具备许多诸如编程技术，硬件描述语言等知识就能迅速入门，完成较大规模的电路设计系统。

能进行任意层次的数字系统设计，传统的数字电路实验只能完成单一层次的设计。

能对系统中的任意层次，或任一元件的功能进行精确的时序仿真。

通过时序仿真能迅速定位电路系统中的错误所在，并及时纠正。

四：设计模块方框图

根据抢答器的功能要求，可以得出如下模块系统结构图：

五 模块功能分析

1 抢答输入开关电路 该电路由8个开关按键组成，每一个选手与一个开关对应。开关为常开型，即当按下开关时，开关自动的弹开断开，此时输入抢答信号自动变为高电平；当按下抢答开关时，开关闭合，输入抢答信号为低电平。

2 锁存器 当只要有一个且为任意一个抢答输入信号产生时，触发器电路被触发，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为避免之后的抢答开关按钮也按下产生错乱，最先产生的输出电平变化又反馈回来将触发器锁定住，并保持输出的电平信息。这样就避免了抢答先后发生紊乱不清楚的现象发生。

3 编码器 编码器的作用是将开关信息转化为8421BCD码，以提供数字显示电路所需要的编码输入。

4 译码器 译码器的作用是将编码器输出的8421BCD码转化为数码管需要的逻辑状态，译码器由七段共阴二极管组成，高位在左，低位在右，如当输入译码器的信号为“”时，数码管的七个段g,f,e,d,c,b,a分别接1,1,0,1,1,0,1，接有高电平的段亮，于是数码管显示为“5”。

5 解锁器

当触发锁存电路被锁存后，若要进行下一轮的重新抢答，则需要将锁存器解锁，可通过强迫是复位控制置为1，使锁存处于等待锁存状态，以准备进行下一轮的抢答。

8路抢答器源VHDL程序,（包含倒计时dqs，数码shuma，计分器jfq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( rst: in std_logic;

clk: in std_logic;

key : in std_logic;

en:in std_logic;

q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7,q8: in std_logic;

shuma: out std_logic_vector( 6 downto 0);

led: out std_logic_vector( 7 downto 0);

jfq: out std_logic_vector( 6 downto 0);

djs: out std_logic_vector( 6 downto 0)

);

end qiangdaqi;

architecture Behavioral of qiangdaqi is

signal s: std_logic_vector(3 downto 0);

signal q: std_logic_vector(7 downto 0);

signal max: std_logic;

signal b: std_logic_vector(3 downto 0):="0000";

signal A: std_logic_vector(3 downto 0):="0011";

signal cnt: std_logic_vector( 25 downto 0);

signal clks: std_logic;

begin

process(rst,clk,clks)

begin

if rst='0' then

cnt<=(others=>'0');

elsif clk'event and clk='1' then

cnt<=cnt+1;

end if;

clks<=cnt(24);

end process;

process(en,A,clks)

begin

if clks'event and clks='1' and en='1' then

case A is

when "0000" => djs<="1000000";

when "0001" => djs<="1111001";

when "0010" => djs<="0100100";

when "0011" => djs<="0110000";

when others => null;

end case;

if a/="0000" then

a<=a-"0001";

end if;

end if;

end process;

process(rst,clk)

begin

q<=q8&q7&q6&q5&q4&q3&q2&q1;

if rst='0' then

s<="0000";

elsif clk'event and clk='1' and A="0000"then

case q is

when "10000000" => s<="0001";

when "01000000" => s<="0010";

when "00100000" => s<="0011";

when "00010000" => s<="0100";

when "00001000" => s<="0101";

when "00000100" => s<="0110";

when "00000010" => s<="0111";

when "00000001" => s<="1000";

when others=>null;

end case;

end if;

end process;

process(rst,clk,s,A)

begin

if rst='0' then

max<='0';

elsif clk'event and clk='1' and A="0000" then

if s>0 then

max<='1';

end if;

end if;

end process;

process(rst,max,s,A)

begin

if rst='0' then

shuma<=(others=>'1');

elsif max'event and max='1' and A="0000" then

if s(3)='0' and s(2)='0' and s(1)='0' and s(0)='0' then

shuma<="1111111";

elsif s(3)='0' and s(2)='0' and s(1)='0' and s(0)='1'then

shuma<="1111001";

elsif s(3)='0' and s(2)='0' and s(1)='1' and s(0)='0'then

shuma<="0100100";

elsif s(3)='0' and s(2)='0' and s(1)='1' and s(0)='1'then

shuma<="0110000";

elsif s(3)='0' and s(2)='1' and s(1)='0' and s(0)='0'then

shuma<="0011001";

elsif s(3)='0' and s(2)='1' and s(1)='0' and s(0)='1'then

shuma<="0010010";

elsif s(3)='0' and s(2)='1' and s(1)='1' and s(0)='0'then

shuma<="0000010";

elsif s(3)='0' and s(2)='1' and s(1)='1' and s(0)='1'then

shuma<="1111000";

elsif s(3)='1' and s(2)='0' and s(1)='0' and s(0)='0' then

shuma<="0000000";

end if;

end if;

end process;

process(rst,max,s,A)

begin

if rst='0' then

led<=(others=>'0');

elsif max'event and max='1' and A="0000" then

if s(3)='0' and s(2)='0' and s(1)='0' and s(0)='0'then

led<="00000000";

elsif s(3)='0' and s(2)='0' and s(1)='0' and s(0)='1'then

led<="00000001";

elsif s(3)='0' and s(2)='0' and s(1)='1' and s(0)='0'then

led<="00000010";

elsif s(3)='0' and s(2)='0' and s(1)='1' and s(0)='1'then

led<="00000100";

elsif s(3)='0' and s(2)='1' and s(1)='0' and s(0)='0'then

led<="00001000";

elsif s(3)='0' and s(2)='1' and s(1)='0' and s(0)='1'then

led<="00010000";

elsif s(3)='0' and s(2)='1' and s(1)='1' and s(0)='0'then

led<="00100000";

elsif s(3)='0' and s(2)='1' and s(1)='1' and s(0)='1' then

led<="01000000";

elsif s(3)='1' and s(2)='0' and s(1)='0' and s(0)='0'then

led<="10000000";

end if;

end if;

end process;

process(key,b)

begin

if key'event and key='1' then

b<=b+"0001";

end if ;

if b="1010" then

b<="0000";

end if;

case b is

when "0000" => jfq<="1000000";

when "0001" => jfq<="1111001";

when "0010" => jfq<="0100100";

when "0011" => jfq<="0110000";

when "0100" => jfq<="0011001";

when "0101" => jfq<="0010010";

when "0110" => jfq<="0000010";

when "0111" => jfq<="1111000";

when "1000" => jfq<="0000000";

when "1001" => jfq<="0010000";

when others => null;

end case;

end process;

end Behavioral;

实验结果图：

实物图显示

六：调试

引脚锁定完成，便进行硬件下载命令。试验箱接通电源后，便进行实验验证，按下清零键res，然后按下抢答的开关按钮，当下按的是第几个编号，数码管显示的就是该编号，再按其他的抢答按钮已无反应，表示抢答成功，该锁存模块电路时正确的。然后再按下清零键rest,再逐一尝试其他的抢答开关按钮，观察是否都能正常工作，如果都正常工作，则表示该8路智能抢答器设计正确。 打开实验箱，讲导线连接到对应的引脚上，按下复位键，此时只有发光二级管是亮的，然后按下一号组，同时显示器上显示1，这时再按下2，显示器仍然显示1.按下复位键，先按2，再按3，显示器显示2。这个时候实验成功

七、实验心得

通过这次的EDA课程设计，让我熟练地掌握了EDA设计Quartus II10.0软件的操作，使用VHDL语言，对应填写管教，安装硬件驱动，连接EDA实验箱出来结果，之前学会了基本的课程设计以及编译仿真的操作，这次的智能抢答器又让我学到很多，但是其中也遇到了很多困难。我们小组三个人，由我们共同来完成这个设计实验。

在设计的过程中我进一步了解了设计的步骤和原理，进一步加深了对《CPLD/FPGA应用设计》这门课的理解，增强了以后学习的兴趣，为以后的工作积累了一定的经验。这让我们知道了以前并不了解的知识。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/ec26b2e7bdd126fff705cc1755270722182e593f.html