數(shù)字式競(jìng)賽搶答器VHDL.doc

數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與硬件描述語言期末考試作業(yè)題目： 數(shù)字式競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì) 學(xué)院： 電子信息工程 專業(yè)： 電子信息工程 學(xué)號(hào)： 姓名： 一、 選題設(shè)計(jì)描述1. 功能介紹此設(shè)計(jì)用于競(jìng)賽的四人搶答，有如下的功能：（1） 具有多路搶答功能，臺(tái)數(shù)設(shè)計(jì)為四；（2） 具有搶答器開始后30秒倒計(jì)時(shí)，30秒后無人搶答顯示超時(shí)，并報(bào)警；（3） 能顯示超前搶答犯規(guī)，并警報(bào)；（4） 能顯示各組得分，大隊(duì)加分，答錯(cuò)扣分；當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位，主持人按下?lián)尨痖_始按鍵，處于使能狀態(tài)，搶答開始，某路搶答鍵按下時(shí)，該路信號(hào)將其他路信號(hào)鎖存，同時(shí)搶答鈴聲響起，直至此路按鍵松開，顯示該路組號(hào)。2. 算法簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)采用分層設(shè)計(jì)思想，分為：信號(hào)鑒別模塊、計(jì)時(shí)模塊、計(jì)分模塊、BCD譯碼模塊、分頻器，還有頂層模塊。信號(hào)鑒別模塊。此模塊主要實(shí)現(xiàn)搶答器的搶答功能，并能夠分辨是正常搶答還是提前搶答，選取最先按下的一路信號(hào)，鎖存其余信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)選取功能。在此模塊中，用到的信號(hào)為搶答信號(hào)a、b、c、d;搶答使能信號(hào)en；搶答結(jié)果信號(hào)states；警報(bào)時(shí)鐘信號(hào)clk2；復(fù)位信號(hào)rst；提前搶答信號(hào)fangui。計(jì)時(shí)模塊。此模塊主要實(shí)現(xiàn)搶答過程中的計(jì)時(shí)功能，在搶答開始后進(jìn)行30秒的倒計(jì)時(shí)，且在30秒后顯示無人搶答報(bào)警信號(hào)。其中有搶答時(shí)鐘信號(hào)clk；系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)rst；搶答使能信號(hào)en；無人搶答警報(bào)信號(hào)warn；計(jì)時(shí)中止信號(hào)stop；計(jì)時(shí)十位個(gè)位信號(hào)tb，ta。計(jì)分模塊。此模塊主要實(shí)現(xiàn)給四個(gè)搶答器計(jì)分的功能，初始條件下，為每個(gè)搶答器信號(hào)預(yù)制5分，當(dāng)某組搶答且回答正確時(shí)加一分，答錯(cuò)減一分，未獲答題機(jī)會(huì)時(shí)保持不變。其中設(shè)有時(shí)鐘信號(hào)clk；復(fù)位信號(hào)rst；搶答使能信號(hào)en；搶答結(jié)果顯示信號(hào)states；記分加減信號(hào)add（add1時(shí)為加，add0時(shí)為減）；四個(gè)信號(hào)的得分顯示信號(hào)a_out,b_out,c_out,d_out。BCD譯碼模塊。此模塊主要實(shí)現(xiàn)將搶答結(jié)果信號(hào)顯示在bcd七段譯碼器上。其中輸入信號(hào)a；輸出譯碼結(jié)果信號(hào)q。分頻器。此模塊主要實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘分頻功能。在開頭對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行一次千分頻。其中時(shí)鐘輸入信號(hào)clkin，輸出信號(hào)clk。頂層模塊。將前幾個(gè)模塊綜合在一起，形成一個(gè)整體。分頻器輸出作為其他模塊所需的時(shí)鐘信號(hào)，使整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。二、 程序源代碼及說明搶答信號(hào)鑒別模塊的程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity qdjb is port(clk2,en,rst:in std_logic; a,b,c,d:in std_logic; fangui:out std_logic; states:out std_logic_vector(3 downto 0);end qdjb;architecture one of qdjb issignal sinor,fanguif,tmp:std_logic;signal cnt:std_logic_vector(5 downto 0);beginsinor=a or b or c or d;p1:process(a,rst,b,c,d,tmp) begin if rst=1 then -復(fù)位信號(hào)有效，系統(tǒng)復(fù)位。 tmp=1;states=0000; elsif tmp=1 then if a=1 then -判斷哪路信號(hào)變化，進(jìn)行選取 states=0001;tmp=0; -對(duì)states進(jìn)行置數(shù) elsif b=1 then states=0010;tmp=0; elsif c=1 then states=0011;tmp=0; elsif d=1 then states=0100;tmp=0; else tmp=1;states=0000; end if ; end if;end process p1; p2:process(clk2,en,rst,cnt) -判斷是否提前搶答并報(bào)警 begin if rst=1 then cnt=000000;fanguif=0; -初始化提前搶答犯規(guī)信號(hào) elsif clk2event and clk2=1 then if en=0 and sinor=1 then if cnt111111 then fanguif=not fanguif;cnt=cnt+1; else fanguif=0; end if; end if; end if;end process p2;fangui=fanguif;end one;計(jì)時(shí)模塊的程序：library ieee; use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity js is port(clk,rst,en,stop:in std_logic; warn:buffer 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,en,stop,ta) -個(gè)位計(jì)時(shí)信號(hào)進(jìn)行0到9循環(huán)計(jì)數(shù) begin if rst=1 or stop=1 then ta=0000; elsif clkevent and clk=1 then co=0; if en=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,en,stop,tb) -十位計(jì)時(shí)信號(hào)0到3變化 begin if rst=1 or stop=1 then tb=0011; elsif coevent and co=1 then if en=1 then if tb=0000 then tb=0011; else tb=tb-1; end if; end if; end if;end process p2;p3:process(rst,ta,tb) -計(jì)時(shí)時(shí)間到達(dá)，報(bào)警 begin if rst=1 then warn=0; elsif ta=0000 and tb=0000 then warn=1; else warn=0; end if;end process p3;end one;計(jì)分模塊的程序：library ieee; use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jf is port(clk,rst,en,add:in std_logic; states:in std_logic_vector(3 downto 0); a_out,b_out,c_out,d_out:buffer std_logic_vector(3 downto 0);end jf;architecture one of jf is beginp1:process(clk,rst,add,states,a_out,b_out,c_out,d_out) begin if (rst=1) then a_out=0101;b_out=0101;c_out=0101;d_out if add=1 then -add信號(hào)為高時(shí)，加1分 if a_out=1111 then -最多15分 a_out=0000; else a_out=a_out+1; end if; elsif add=0 then -add信號(hào)為0，減1分 if a_out=0000 then a_out=0000; else a_out if add=1 then if b_out=1111 then b_out=0000; else b_out=b_out+1; end if; elsif add=0 then if b_out=0000 then b_out=0000; else b_out if add=1 then if c_out=1111 then c_out=0000; else c_out=c_out+1; end if; elsif add=0 then if c_out=0000 then c_out=0000; else c_out if add=1 then if d_out=1111 then d_out=0000; else d_out=d_out+1; end if; elsif add=0 then if d_out=0000 then d_out=0000; else d_out a_out=a_out;b_out=b_out;c_out=c_out;d_out q q q q q q q q q q q=0000000; END case; END PROCESS; END behav;一千分頻器模塊程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_unsigned.ALL;ENTITY divf ISPORT(clk: IN STD_LOGIC; q : OUT STD_LOGIC; qn: OUT std_logic_vector(9 downto 0);END divf;ARCHITECTURE behav OF divf IS signal rst: std_logic; signal qn1:std_logic_vector(9 downto 0); BEGIN PROCESS (clk,rst) BEGIN if rst=1 then qn1= 0000000000; elsif clkevent and clk=1 then qn1=qn1+1; end if; END PROCESS; rst=1 when qn1=1000 else 0; qn=qn1; -計(jì)數(shù) q=qn1(9); -分頻輸出,1000分頻END behav;三、 仿真結(jié)果及分析系統(tǒng)總體框圖：對(duì)于各個(gè)模塊的仿真測(cè)試所得結(jié)果，仿真波形分析如下：1、 信號(hào)鑒別模塊：仿真結(jié)果： 本模塊主要實(shí)現(xiàn)搶答功能。當(dāng)rst信號(hào)為1，en信號(hào)為1時(shí)，搶答開始，當(dāng)有一路正常獲得搶答時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)封鎖另外三路的搶答信號(hào)，只允許一人處于答題狀態(tài)；當(dāng)主持人沒有允許搶答時(shí)，若有人超前搶答，警報(bào)會(huì)響起，同時(shí)只要有人搶答那么搶答顯示臺(tái)（states）會(huì)顯示哪一個(gè)在搶答。如上圖示，在系統(tǒng)第一個(gè)復(fù)位信號(hào)來臨后，電路自動(dòng)復(fù)位，在允許搶答信號(hào)來臨之前（即en=0），b臺(tái)超前搶答，此時(shí)警報(bào)響起（即超前搶答警報(bào)信號(hào)fangui獲得一個(gè)頻率很高的脈沖，就會(huì)響起），之后主持人復(fù)位，并允許搶答，a臺(tái)最先搶答，此時(shí)搶答顯示臺(tái)顯示其臺(tái)號(hào)1。2、 計(jì)時(shí)模塊：仿真結(jié)果：本模塊主要實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。當(dāng)rst信號(hào)為1時(shí)，計(jì)時(shí)復(fù)位為30秒倒計(jì)時(shí)，主持人允許的en信號(hào)為1時(shí)，開始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，系統(tǒng)時(shí)鐘每來一個(gè)上升沿，倒計(jì)時(shí)減1，當(dāng)?shù)?0秒倒計(jì)時(shí)計(jì)玩仍然無人搶答時(shí)，警報(bào)指示燈亮(即warn=1)，若有人搶答主持人可以按下中止鍵（即stop=1），這樣倒計(jì)時(shí)就會(huì)回到30秒初始狀態(tài)。圖示的情況為在倒計(jì)時(shí)16秒時(shí)，主持人按下中止鍵，計(jì)時(shí)器變?yōu)槌跏贾?0，在下一輪搶答過程中，倒計(jì)時(shí)為0時(shí)仍然無人搶答，此時(shí)警報(bào)指示信號(hào)亮（即warn=1）。3、計(jì)分模塊：仿真結(jié)果：本模塊主要實(shí)現(xiàn)記分功能，其工作情況為：系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)來臨（即rst=1），將每個(gè)選手的得分預(yù)置為5分，搶答顯示臺(tái)顯示為0即無人搶答，當(dāng)主持人允許搶答時(shí)，若有人搶答，答對(duì)（即add=1，假設(shè)所有人都答對(duì)了）的加一分，答錯(cuò)(即add=0)的減一分，沒有搶答的保持不變。圖示，開始后a臺(tái)連續(xù)搶答5題，且都答對(duì)，a_out變成10了，之后c臺(tái)連續(xù)搶答成功，且都答對(duì)加分，最高記到了15分?jǐn)?shù)碼管顯示位F，此時(shí)獲勝并把分?jǐn)?shù)重新置為0。4、BCD7段譯碼模塊：仿真結(jié)果： 本模塊主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入的7段輸出。主要是0到9的數(shù)分別譯出，10到15都譯為“0000000”，實(shí)現(xiàn)了設(shè)置的功能。5、一千分頻模塊：仿真結(jié)果：本模塊實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的一千分頻。另外還可以取其中的其他位，實(shí)現(xiàn)其他分頻。如上圖，qn0實(shí)現(xiàn)兩分頻，qn5實(shí)現(xiàn)64分頻，qn6實(shí)現(xiàn)128分頻，等等。6、頂層模塊： 本模塊為頂層文件，是綜合搶答器鑒別模塊、搶答器計(jì)時(shí)模塊、搶答器記分模塊、BCD7段譯碼模塊和一千分頻模塊而成。在其仿真波形中描述的情況為：第一次系統(tǒng)復(fù)位后，主任人還沒有宣布搶答開始，但a臺(tái)超前搶答了，fangui信號(hào)脈沖波形出現(xiàn)了，主持人就知道a犯規(guī)了；接著第二輪系統(tǒng)復(fù)位后，主持人宣布搶答開始，b臺(tái)先搶答成功，搶答顯示臺(tái)號(hào)顯示為3，單答題錯(cuò)誤（add=0），故減分，相應(yīng)的數(shù)碼管顯示其總分情況。四、 心得體會(huì)這次實(shí)驗(yàn)，首先最難的就是