VHDL四人抢答器

四人抢答器设计一、设计任务及要求：（1）设计用于竞赛抢答的四人抢答器；①有多路抢答，抢答台数为8；②具有抢答开始后20秒倒计时，20秒倒计时后无人抢答显示超时，并报警；③能显示超前抢答台号并显示犯规警报；(2) 系统复位后进入抢答状态，当有一路抢答按键按下，该路抢答信号将其余各路抢答信号封锁，同时铃声想起，直至该路按键松开，显示牌显示该路抢答台号；(3) 用VHDL语言设计符合上述功能要求的四人抢答器，并用层次化设计方法设计该电路；(4) 完成电路全部设计后，通过系统实验箱下载验证设计课题的正确性。

二、设计思路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,低电平表示抢答有效；设置主持人控制键K,用于控制整个系统清0 和抢答有效控制,按下复位键时, K=0,系统清零；抬起复位键时,K=1,抢答开始；系统具有第一抢答信号鉴别和锁存功能。

在主持人将系统复位并使抢答有效开始后,第一抢答者按下抢答按钮,对应的输入引脚接低电位0,电路应记忆下第一抢答者的组别,并封锁其他各组的按钮,即其他任何一组按键都不会使电路响应；系统以两种方式指示第一抢答者:其一是通过译码程序显示其组别号;其二是在第一抢答者产生时,蜂鸣器警示；设置违规电路单元,当抢答者在主持人按下复位清零按钮之前就已经按下抢答按钮时,则给出违规信号为高电平。

对应组别的红色信号灯亮；当20秒倒计时后无人抢答显示超时，并报警。

系统设计框图如图1所示。

抢答按钮主持人按钮控制电路第一信号鉴别组别数码显示声音警示计时控制提前抢答控制S1S2S3S4K图1 整体设计框图三、VHDL程序实现1、正常抢答程序及仿真此模块包括正常抢答第一信号鉴别和显示抢答台号，并发生声音提示。

其中S1,S2,S3,S4为抢答按钮，当对应的按钮信号为0时表示有抢答信号；K为主持人按钮，按下复位键K时, K=0,系统清零；抬起复位键时,K=1,抢答开始；G为报警信号。

其VHDL源程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee. std_logic_arith.all;use ieee. std_logic_unsigned.all;-------------------------------------------------------------------- entity qiangda isport( S1,S2,S3,S4 : in std_logic; --输入：表示4个人，为0表示有抢答 K : in std_logic; --主持人抢答开始键G : out std_logic; --报警信号ledag : out std_logic_vector (6 downto 0);Dout : out std_logic_vector(3 downto 0) ); --抢答结果显示end qiangda;-------------------------------------------------------------------- architecture behave of qiangda issignal Enable_Flag : std_logic;--允许抢答控制变量，为1表示允许抢答signal S : std_logic_vector(3 downto 0);signal D : std_logic_vector(3 downto 0);beginprocess(S1,S2,S3,S4,K) --允许抢答控制beginS<=S1&S2&S3&S4;If (K='1') thenEnable_Flag<='1';elsif(S/="1111") thenEnable_Flag<='0';end if;end process;process(S1,S2,S3,S4,K) --抢答结果显示 beginif(K='0') thenD<="0000";Elsif (Enable_Flag='1') thenif(S1='0') thenD(0)<='1';G<='0';elsif(S2='0') thenD(1)<='1';G<='0';elsif(S3='0') thenD(2)<='1';G<='0';elsif(S4='0') thenD(3)<='1';G<='0';end if;dout<=d;end if;end process;process(d) --显示抢答成功者号码begincase d iswhen "0000"=>ledag<="0111111";when "0001"=>ledag<="0000110";when "0010"=>ledag<="1011011";when "0100"=>ledag<="1001111";when "1000"=>ledag<="1100110";when others=>ledag<="0000000";end case;end process;end behave;以上VHDL程序的系统框图如图2所示。

图2 抢答部分框图通过MAX+PLUSⅡ软件仿真结果如图3所示。

从图中可看出S1和S2选手抢答情况，在K为高电平时，S1选手为低电平，抢答成功，报警信号G为低电平，给出报警信号，同时七段数码管译码为06H，显示1。

图3 抢答部分仿真图2、抢答倒计时程序此模块为抢答20s倒计时程序，在主持人按下按钮K后此模块即开始工作，在20s倒计时完后会有声音提示，G为声音报警信号。

LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY COUNT ISPORT (CLK, Enable_Flag: IN STD_LOGIC; H,L: OUT STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0);G:OUT STD_LOGIC); --声音报警END COUNT;ARCHITECTURE COUNT_ARC OF COUNT ISBEGINPROCESS (CLK, Enable_Flag)VARIABLE HH, LL: STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0);BEGINIF CLK'EVENT AND CLK='1'THENIF Enable_Flag='1'THENIF LL=0 AND HH=0 THENG<='1';ELSIF LL=0 THENLL: ="1001";HH: =HH-1;ELSELL: =LL-1;END IF;ELSEG<='0';HH: ="1001";LL: ="1001";END IF;END IF;H<=HH;L<=LL;END PROCESS;END COUNT_ARC;其模块结构图如图4所示：图4 倒计时结构图3、超前犯规抢答程序及仿真此模块为违规电路。

当抢答者在主持人复位系统之前就已按下抢答按钮,即当RESET=0时,有抢答信号出现，则Y=11表示某组违规,当RESET = 1时,显示违规组别。

其中K为主持人按钮，S1,S2,S3,S4为抢答按钮，R1,R2,R3,R4为对应组别犯规红色显示灯。

其VHDL源程序如下:LIBRARY ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;ENTITY wg ISPORT(K: IN std_logic;S1, S2, S3, S4: IN std_logic;R1, R2, R3, R4: OUT std_logic; --红色灯指示超前抢答台号y: OUT std_logic_VECTOR (1 DOWNTO 0) );END wg;ARCHITECTURE a OF wg ISSIGNAL TEMP1: STD_LOGIC;SIGNAL TEMP2: STD_LOGIC_VECTOR (1 DOWNTO 0);BEGINTEMP1<=S1 OR S2 OR S3 OR S4 ;TEMP2<=K&TEMP1;process(TEMP2) --显示抢答成功者号码begincase TEMP2 iswhen "01"=>Y<="11";when "10"=>Y<="00";when "11"=>Y<="00";when others=>Y<="00";end case;if(K<='0') thenif(S1='0') thenR1<='0';elsif(S2='0') thenR2<='0';elsif(S3='0') thenR3<='0';elsif(S4='0') thenR4<='0';end if;end if;end process;END a;通过VHDL程序可生成其对应的框图如图5所示：图5犯规部分框图同样在MAX+PLUSⅡ环境下可得到其对应的仿真分析图如图6所示。

从仿真分析可看出在为高电平前，S1按钮有超前抢答低电平出现，故Y=11表示有超前抢答产生，同时R1为低电平，对应S1选手的红灯亮，指示其违规抢答。