VHDL语言四人抢答器.docx

1、VHDL语言四人抢答器中南林业科技大学课程设计报告 设计名称： 基于VHDL语言的四人抢答器 姓 名： 杜涵 学 号： 20134491 专业班级： 电子信息工程 一班 院（系）： 计算机与信息工程学院 设计时间： 2015年12月8日 设计地点： 东园22栋201 一、设计题目二、设计要求三、设计目的四、设计背景五、使用工具六、设计原理七、设计结构八、原理图九、模块程序十、引脚分配十一、设计结果验证十二、总结一、设计题目：基于VHDL语言的四路抢答器二丶设计要求： 1、设计制作一个竞赛抢答器,每组受控于一个抢答开关,分别为S1, S2, S3, S4。 2、控制键K,用于控制整个系统清零,

2、K=0,系统清零；抬起复位键时,K=1,抢答开始。 3、每答对一题计十分，每次答题时间不能超过60秒。 4、第一抢答者按下抢答按钮,对应的led灯点亮，同时数码管显示是第几位抢答者，并封锁其他各组的按钮,即其他任何一组按键都不会再使电路响应。与此同时，数码管开始显示60秒的倒计时。通过K键复位，开始下一轮抢答。三、设计目的 1.通过设计竞赛抢答器的实例来体会设计实际产品的过程，在学好理论的基础上，提高动手实践能力。 2.学习怎样用vhdl语言来描述自己的设计思路，调试硬件后，能够使产品实现功能。 3.进一步掌握用vhdl语言编写数字电路。4.在做课题过程中，掌握多位共阴极扫描显示数码管的驱动及

3、编码，学会使用和调试硬件。四、设计背景现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域EDA技术是电子设计的发展趋势，EDA工具从数字系统设计的单一领域，应用范围己涉及模拟、微波等多个领域，可实现各个领域电子系统设计的测试、设计仿真和布局布线等。设计者只要完成对电子系统的功能描述，就可利用计算机和EDA工具，进行设计处理，最终得到设计结果。 随着大规模集成电路技术和计算机技术的不断发展，即使是普通的电子产品的开发，EDA技术常常使一些原来的技术瓶颈得以轻松突破，从而使产品的开发周期大为缩短、性能价格比大幅提高。不言而喻，EDA技术将迅速成为电子设计领域中的极其重要的组成部分。从目前的EDA技术来看，其发展

4、趋势是政府重视、使用普及、应用文泛、工具多样、软件功能强大。抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞猜、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辨认出选手。现在大多数抢答器均使用单片机和数字集成电路，并增加了许多新的功能，如选手号码显示、抢按器或抢按后的计时、选手得分显示等功能。五、使用工具：装有Quartus II软件的PC、Cyclone系列FPGA开发板（ep2c5t144c8）六、设计原理根据设计要求，我们经过分析应用分模块的方式比较容易设计该抢答器，我们底层应用VHDL语言，顶层应用原理图的方式进行设计

5、，然后通过仿真验证并不断修改完善设计。模块：（1）四人按键抢答模块：设计为五个输入按键，其实S键为主持人控制抢答过程的按键，当有选手抢答后使其他人的按键无效。然后根据抢答成功者的编号使对应LED灯点亮，同时输出一个状态让数码管显示抢答者编号。主持人S键复位，开始下一轮抢答。（2）计时模块：在有人抢答后开始一个60秒的倒计时，并输出道数码管显示，CLK来自1HZ分频模块。（3）计分模块：在选手答题正确后通过外接ADD键给该选手加分，每次加十分，并输出到数码管显示，CLEAR键为清空所有选手分数。（4）译码模块：讲选手序号，倒计时以及选手分数显示出来，CLK由1KHz分频模块提供。（5）1HZ与1

6、KHz分频模块：程序由FPGA板的50MHz频率编写。七、设计结构八、原理图：九、模块程序1、抢答模块程序：Library ieee;Use ieee.std_logic_1164.all;Use ieee.std_logic_unsigned.all;Use ieee.std_logic_arith.all;Entity QD is Port( s,clk:in std_logic; s0,s1,s2,s3:in std_logic; states:buffer std_logic_vector(3 downto 0); T:out std_logic; LIANG:buffer std_l

7、ogic_vector(3 downto 0); XI:buffer std_logic_vector(3 downto 0); End QD;Architecture aa of QD issignal s_0,s_1,s_2,s_3,l_1,l_2,l_3,l_4:std_logic;beginprocess(s0,s1,s2,s3,s,clk)begin XI=1111;if (s=0) then s_0=0;s_1=0;s_2=0;s_3=0;LIANG=1111; elsif (clkevent and clk=1) then if (s_0=1 or s_1=1 or s_2=1

8、or s_3=1) then null; elsif s0=0 then s_0=1;states=0001;LIANG=1110; elsif s1=0 then s_1=1;states=0010;LIANG=1101; elsif s2=0 then s_2=1;states=0011;LIANG=1011; elsif s3=0 then s_3=1;states=0100;LIANG=0111; else states=0000; end if; end if;T= s_0 or s_1 or s_2 or s_3;end process;end aa ;说明：S为主持人复位键； S

9、0,S1,S2,S3：四个抢答选手； STATES:抢答组号输出 T:在S按下后使倒计时停止； LIANG:控制四个LED灯，点亮选手对应LED灯； XI:使另外四个LED灯熄灭；2、计时模块程序：library ieee;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_1164.all;entity JS isport(clk,s,T:in std_logic; sw,gw:buffer std_logic_vector(3 downto 0);end JS;architectur

10、e aa of JS isbeginprocess(clk,s,T)beginif (s=0) then sw=0110;gw=0000; elsif(clkevent and clk=1) then if(T=0) then gw=gw;sw=sw; elsif (gw=0000) then gw=1001; if(sw=0000) then sw=0000; else sw=sw-1; end if; else gw=gw-1; end if; if (sw=0 and gw=0) then sw=0000;gw=0000; end if; end if;end process;end a

11、a;说明：S：按下后倒计时开始； SW：输出倒计时十位数； GW：输出倒计时百位数3、计分模块LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY JFQ IS PORT(RST: IN STD_LOGIC; ADD: IN STD_LOGIC; CHOS: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); OUT1: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END ENTITY JFQ ; ARCHITECTURE ART OF JFQ

12、IS BEGIN PROCESS(RST,ADD,CHOS) IS VARIABLE POINTS_A0: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); VARIABLE POINTS_B0: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); VARIABLE POINTS_C0: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); VARIABLE POINTS_D0: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); BEGIN IF RST=1 THEN POINTS_A0:=0000; POINTS_B0:=0000; POINTS_C0:=0

13、000; POINTS_D0:=0000; ELSIF (ADDEVENT AND ADD=0) THEN IF CHOS=0001 THEN IF POINTS_A0=1001 THEN POINTS_A0:=0000; ELSE POINTS_A0:=POINTS_A0+1; END IF; END IF; IF CHOS=0010 THEN IF POINTS_B0=1001 THEN POINTS_B0:=0000; ELSE POINTS_B0:=POINTS_B0+1; END IF; END IF; IF CHOS=0011 THEN IF POINTS_C0=1001 THEN

14、 POINTS_C0:=0000; ELSE POINTS_C0:=POINTS_C0+1; END IF; END IF; IF CHOS=0100 THENIF POINTS_D0=1001 THEN POINTS_D0:=0000; ELSE POINTS_D0:=POINTS_D0+1; END IF; END IF; END IF; IF chos=0001 then out1=POINTS_a0;ELSIF chos=0010 then out1=POINTS_b0;ELSIF chos=0011 then out1=POINTS_c0;ELSIF chos=0100 then o

15、ut1=POINTS_D0;ELSIF chos=0000 then out1=0000;END IF;END PROCESS; END ARCHITECTURE ART; 说明：RST：分数清零按键； ADD：加分按键； CHOS=STATES：输入选手组号； OUT1：输出分数；4、译码显示模块程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity YM is port(a:in std_logic_vector(3 dow

16、nto 0); b:in std_logic_vector(3 downto 0); c:in std_logic_vector(3 downto 0); clk1:in std_logic; Y:in std_logic_vector(3 downto 0); adres: out std_logic_vector(7 downto 0); led7s: out std_logic_vector(7 downto 0) );end YM;ARCHITECTURE segled of YM issignal S:integer range 0 to 12;signal D:std_logic_

17、vector(3 downto 0);signal zero:std_logic_vector(3 downto 0);beginP1: process(clk1) begin zero=0000;if clk1event and clk1=1 then if S5 then S=S+1; else SD=a; adresD=b; adresD=c; adresD=Y; adresD=zero;adresnull; end case;end process P2;P3:process(D) begin case D is when 0000 =led7sled7sled7sled7sled7s

18、led7sled7sled7sled7sled7snull; end case;end process P3;end segled;说明：A：输入选手组号； B：倒计时十位； C：倒计时个位； Y：选手分数； ADRES：控制数码管位选； LED7S：控制数码管段选；5、分频模块程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity FP is port( clk: in STD_LOGIC; clk1Hz: out std_l

19、ogic);end FP;ARCHITECTURE segled of FP isbegin PROCESS (clk) VARIABLE count:INTEGER RANGE 0 TO 49999999;BEGIN IF clkEVENT AND clk=1 THEN IF count=24999999 THEN clk1Hz=0; count=24999999 AND count=49999999 THEN clk1Hz=1; count:=count+1; ELSE count:=0; END IF; END IF; END PROCESS ; END ARCHITECTURE seg

20、led;（分频1HZ时将其中的数去掉三个9）6、计分器ADD加分输入消抖模块程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY XIAOD IS PORT (CLK,ADD:IN STD_LOGIC; ADD_EN: OUT STD_LOGIC );END ENTITY;ARCHITECTURE BHV OF XIAOD ISBEGINPROCESS(CLK,ADD) VARIABLE COUNT1 :INTEGER RANGE 0 TO 100000; BEGIN IF ADD=

21、0 THEN IF RISING_EDGE(CLK) THEN IF COUNT1100000 THEN COUNT1:=COUNT1+1; ELSE COUNT1:=COUNT1; END IF; IF COUNT1=99999 THEN ADD_EN=1; ELSE ADD_EN=0; END IF; END IF; ELSE COUNT1:=0;END IF; END PROCESS ;END;十：引脚分配十一、设计结果验证 编译成功后下载到FPGA板上进行结果验证：数码管显示0 60 00；按下S后，显示0 59 00；S0抢答后，显示1倒计时停止 按下ADD显示10 第一个LED灯点亮；S1抢答后，显示2倒计时停止 按下ADD显示10第二个LED灯点亮；S2抢答后，显示3倒计时停止 按下ADD显示10第三个LED灯点亮；S3抢答后，显示4倒计时停止 按下ADD显示10第四个LED灯点亮；若按下RST键，所有选手得分清零。十二：总结在这次的课程设计中，我对VHDL语言以及QUARTUS II软件的应用有了更深刻的认识。一个个程序的编写及模块的生成锻炼了我的思维，让我对每个模块的功能、每段程序的作用有了更多的了解。通过不断的思考，总的原理图才能够完成。通过不断的出错与修改、完善，最终才能在FPGA上应用，我感觉付出都是值得的。