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

目录

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, 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，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1KHz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_logic_vector(3 downto 0);

XI:buffer std_logic_vector(3 downto 0)); End QD;

Architecture aa of QD is

signal s_0,s_1,s_2,s_3,l_1,l_2,l_3,l_4:std_logic; begin

process(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 (clk'event and clk='1') then

if (s_0='1' or s_1='1' or s_2='1' 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；

S0,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 is

port(clk,s,T:in std_logic;

sw,gw:buffer std_logic_vector(3 downto 0));

end JS;

architecture aa of JS is

begin

process(clk,s,T)

begin

if (s='0') then sw<="0110";gw<="0000";

elsif(clk'event 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;

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 IS

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:="0000";

POINTS_D0:="0000";

ELSIF (ADD'EVENT 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 POINTS_C0:="0000"; ELSE

POINTS_C0:=POINTS_C0+1; END IF;

END IF;

IF CHOS="0100" THEN

IF 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 out1<=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 downto 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 is

signal S:integer range 0 to 12;

signal D:std_logic_vector(3 downto 0); signal zero:std_logic_vector(3 downto 0); begin

P1: process(clk1)

begin

zero<="0000";

if clk1'event and clk1='1' then

if S<5 then

S<=S+1;

else

S<=1;

end if;

end if;

end process P1;

P2:process(S)

begin

case S is

when 1 =>D<=a; adres<="01111111";

when 2 =>D<=b; adres<="11011111";

when 3 =>D<=c; adres<="11101111";

when 4 =>D<=Y; adres<="11111101";

when 5 =>D<=zero;adres<="11111110";

when others =>null;

end case;

end process P2;

P3:process(D)

begin

case D is

when "0000" =>led7s<="11000000";--0

when "0001" =>led7s<="11111001";--1

when "0010" =>led7s<="10100100";--2

when "0011" =>led7s<="10110000";--3

when "0100" =>led7s<="10011001";--4

when "0101" =>led7s<="10010010";--5

when "0110" =>led7s<="10000010";--6

when "0111" =>led7s<="11111000";--7

when "1000" =>led7s<="10000000";--8

when "1001" =>led7s<="10011000";--9

when others =>null;

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_logic);

end FP;

ARCHITECTURE segled of FP is

begin

PROCESS (clk)

VARIABLE count:INTEGER RANGE 0 TO 49999999;

BEGIN

IF clk'EVENT AND clk='1' THEN

IF count<=24999999 THEN

clk1Hz<='0';

count<=24999999时divls=0并且count加1

count:=count+1;

ELSIF count>=24999999 AND count<=49999999 THEN

clk1Hz<='1';

count:=count+1;

ELSE count:=0;

END IF;

END IF;

END PROCESS ;

END ARCHITECTURE segled;

（分频1HZ时将其中的数去掉三个9）