基于FPGA的抢答器设计_本科毕业设计文档格式.docx
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经过编译及其仿真所设计的程序，该设计的抢答器基本能够实现此次设计的要求，从而完成了抢答器应具备的功能。
关键词：
抢答器，数码显示，硬件描述语言，可编程逻辑门阵列
I
河南科技大学本科毕业设计（论文） 基于FPGA的抢答器设计
FPGA-BASEDRESPONDERDESIGNABSTRACT
Thisarticleintroduces thedesignof4answeringdevicecircuitusinganEDAtechnologyVerilogHDLlanguageinFPGAandQuartus Ⅱenvironment.Atthesametime,the4answeringdevicecircuitisdisplayedbythedigital.
TheRespondercan alsosupplyfourplayersorfourteamstoanswerinthe
game,respectively, usingfourbuttonsa,b,c,d.Settingresetandanswerinasystemcontrolswitch,whichcontrolsrequired bythemoderator. Whenthemoderatorallowstoanswer,thetimerstartscountsdownfromthe30suntilsomeoneanswerssuccessfully,bythetimethelatchlatcheswilltolive,thentheremainingtimeandthenumberoftheplayerwhorespondssuccessfullywillbedisplayedonthedigitaltube,atthesametimetheLEDofthecorrespondingplayer lights will belighted. Determined whether the contestant answerscorrectly, the moderator will give points bycontrolling theaddition andsubtraction button.Attheendofthegame,themoderator presses theresetbutton,othersmodulesareresetedtotheinitialtimeforthenextroundofthegameexceptthescoringmodule.
ThesystemusesmainlytheEP2C8Q208. Atthesametimethesystemismadefromtheanswerindecisionblock,timingmodule,dividerblock,scoring
modulelatchmodule,LEDdrivermodules.Aftercompilationandsimulationof
thedesignprocess, thedesignResponder canbasically achieve thedesignrequirements,thuscompletingtheResponderfunction.
KEYWORDS：
Responder,Digitaldisplay,HDL,FPGA
II
目 录
前 言 1
第1章绪论 2
§
1.1选题背景 2
1.1.1EDA技术发展 2
1.1.2课题研究的必要性 3
1.2研究课题的内容 3
第2章系统方案设计 4
2.1FPGA简介 4
2.1.1FPGA芯片结构 6
2.1.2FPGA设计流程 8
2.1.3FPGA软件设计 9
2.1.4FPGA的应用 10
2.2VerilogHDL概述 10
2.2.1VerilogHDL 简介 10
2.2.2VerilogHDL 主要功能 11
2.2.3VerilogHDL 与VHDL的区别 11
2.3抢答器总体设计方案 12
2.3.1抢答器构成 12
2.3.2抢答器工作原理 13
第3章抢答器模块设计与实现 13
3.1抢答判别模块 13
3.2数码管驱动模块 14
3.3计时模块 15
3.4分频器模块 16
3.5计分模块 16
3.6锁存模块 17
3.7总体模块 17
第4章抢答器程序设计、实现与仿真 18
III
4.1抢答判别程序设计 19
4.2数码管驱动模块程序设计 20
4.3计时模块程序设计 21
4.4分频模块程序设计 23
4.5计分模块程序设计 24
4.6锁存模块程序设计 26
结论 28
参考文献 28
致 谢 30
附 录 30
IV
前 言
随着人类社会的高速发展，电子行业也随之迅猛的发展，这也使得人们越来越想方设法的是自己更加方便、轻松的生活，例如：
自从有了电视遥控器开启电视，更改电视频道，我们再也不用跑来跑去用手改换频道；
自从有了全自动洗衣机，我们再也不用半自动洗衣机或者人工搓衣板去清洗衣服；
自从有了交通灯，不仅省去了很多人力去指挥交通，而且使交通更加井然有序。
当然，当具有定时、显示、加减分等多功能性的抢答器摆在我们面前时，我想人们不会用举手的方式或者举牌的方式进行抢答了。
如今无论是什么场合，只要举办抢答比赛，我们都能见到抢答器的使用，因为它以客观的电子电路进行状态判断，避免了竞赛中出现的人为的失误，或者由于某些原因造成的不公平。
抢答器能够准确、公正的判断谁是第一抢答者，并且直观的指出谁是第一抢答者。
由于其附加的定时、加减分等功能则能够省去部分人力，且更准确的规范时间。
现在市面上也存在着各种各样的抢答器，但主要流行的是单片机抢答器和数字抢答器，虽然这两款抢答器都能实现抢答器的基本功能，但是都或多或少的存在着一些缺点。
单片机抢答器的设计。
控制系统主要由单片机应用电路、存储器接口电路、显示接口电路组成。
其中单片机89C51是系统工作的核心，它主要负责控制各个部分协调工作.。
虽然单片机实现起来相当灵活，但随着抢答器数组的增加则存在着I/O口不足的问题。
这就不能为以后进行抢答器组数的增加进行改进了。
数字抢答器的设计。
数字抢答器电路主要是由电子元器件组成，数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。
虽然数字电路主要有元器件组成，成本较为便宜，且小规模数字逻辑设计思路简单，但是电路实现起来比较麻烦：
进行电路规划，用protel99画出电路的PCB板，硬件的焊接与调试等等程序步骤。
总之硬件设计不仅工作量大，而且要求也高。
介于上面两款抢答器的不足点，本次设计则采用FPGA现场可编程技术，这样就避免了硬件的焊接与调试，同时由于FPGA的I/O端口丰富，可以在设计的基础上略加修改实现多组输入的抢答器，增强了系统的灵活性。
本文介绍了一种采用EDA技术，基于FPGA并在QuartusⅡ工具软件环境下使用Verilog硬件描述语言编写的数码管显示4路抢答器的电路设计、设计思路以及实现功能。
本次设计以EP2C8Q208为核心，完成主持人的控制与参赛队伍的抢答功能；
使用QuartusII软件用VerilogHDL完成代码编写，然后用QuartusII软件实现正确的波形仿真作为主要的技术指标。
根据本次设计的技术要求，特设计了以下各种模块来实现抢答器的基本功能：
抢答判别模块，计时模块，分频器模块，计分模块，锁存器模块，数码管驱动模块等等。
第1章绪论
1.1 选题背景
1.1.1EDA技术发展
EDA是电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation）的缩写，在20世纪
90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。
EDA技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。
利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。
EDA工具软件可大致可分为芯片设计辅助软件、可编程芯片辅助设计软件、系统设计辅助软件等三类。
目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件是系统设计软件辅助类和可编程芯片辅助设计软件：
Protel、AltiumDesigner、PSPICE、multisim12（原EWB的最新版本）、OrCAD、PCAD、LSIIogic、MicroSim、ISE、modelsim、Matlab等等。
这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同时还可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。
利用EDA技术进行电子系统的设计，具有以下特点：
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