基于FPGA八路电子抢答器设计(1)

基于FPGA八路电子抢答器设计

学生：吴知龙

学号：12021104

班级：12电科二班

学院：电子工程与电气自动化

日期：2014.12.14

基于FPGA八路电子抢答器设计

摘要：本文基于八路电子抢答器基本原理，充分利用Altera公司的FPGA芯片CycloneⅡEP2C5T144在软件Max+plus II10.0和硬件实验箱（ZY11EDA13BE）的平台上完成了八路电子抢答器的设计。设计中充分对八路电子抢答器每个模块的特点进行了分析和优化，节省系统资源。设计完成时在实验箱平台进行验证，对8个输入抢答信号进行锁存，并且无法进行下一次抢答，将抢答信号输出，用数码管进行显示等。

关键词：抢答器现场可编程逻辑门阵列

Abstrsct :In this paper, based on the basic principle of eight-channel electronic buzzer, make full use of the Cyclone FPGA chip of Altera company ⅡEP2C5T144 in Max + plus II10.0 software and hardware experiment box (ZY11EDA13BE) platforms completed eight-way digital vies to answer first device design. Fully to eight-way electronic buzzer in the design of the characteristics of each module are analyzed and optimized, save system resources. Design is finished in experiment box platform for validation, to 8 vies to answer first input signal is latched, and could not be next time vies to answer first, vies to answer first signal output, using digital tube display, etc.

Keyworld: responder FPGA

1 引言

1.1 EDA 概述

20世纪90年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念，促进了EDA技术的迅速发展。

EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。

现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。

1.2 VHDL 概述

VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言。它在80年代的后期出现。最初是由美国国防部开发出来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言。VHDL翻译成中文就是超高速集成电路硬件描述语言，主要是应用在数字电路的设计中。目前，它在中国的应用多数是用在FPGA/CPLD/EPLD的设计中。当然在一些实力较为雄厚的单位，它也被用来设计ASIC。

VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式、描述风格以及语法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体分成外部和内部，既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。

2 设计要求

八路电子抢答器是为竞赛抢答而设计的一种优先判决器，竞赛者可以分为若干组，抢答时各组对主持人提出的问题做出判断，并按下抢答按键回答问题，我们称之为抢答器。

抢答器应用非常广泛，可以涉及很多方面，例如，通信方面，可以对多种信号进行优先判决，从而做出相应的工作，并且其他信号不予干扰。航空航天方面，可以对多路信号进行锁存和判决，从而达到应用的效果。

本文所设计的八路电子抢答器，是利用Altera公司的FPGA芯片CycloneⅡ

EP2C5T144在软件Max+plus II10.0和硬件实验箱（ZY11EDA13BE）的平台，满足对8个抢答信号的其中一个进行锁存，再通过数码管进行显示相应数字。由主持人进行复位清零，再进行下一轮抢答。该控制器由抢答器、编码器、译码器、8位的与门四部分组成。

3 设计方案

3.1 抢答器原理

抢答器由8个发射信号器、1个接收器、一个控制器组成，可用于8组或8组以下的智力竞赛中。设计一个八路抢答器,用VHDL编写程序，能够使8个人同时进行抢答类型的游戏，可同时共8名选手或8个组同时参加比赛，他们编号分别为1，2，3，4，5，6，7，8各用一个抢答器按钮，按钮的编号和选手编号相对应，依次为a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7。比赛前，将参赛组从1至8编号，每组发给对应的一个发射器。将接收器放于各组中央或前方。主持人按一下控制器（该键用于启动抢答和每次抢答后器件清零的作用）后，抢答开始。此后，哪一组最先按下发射器上的抢答键，接收器就立即显示该组的组号并锁定，同时发出蜂鸣声，提示抢答已有结果并结束抢答。以后，按下任何一路抢答键均不起反映。只有主持人再次按动启动键后，才能进行下一次抢答。该控制器由抢答器、编码器、译码器、8位的与门四部分组成。

根据功能要求，须设计有抢答电路、编码电路、译码电路、主持人控制电路，各个电路都有其自己的功能。通过复位按键RST，电路进入就绪状态，等待抢答。然后再由主持人发布抢答命令进入抢答状态。在电路中“1-8”为8路抢答器的8个按键，如果有人按下按键，程序就会判断是谁先按下的，然后输出抢答者号码的七段码值，并封锁键盘，保持刚才按键按下时刻的时间，禁止其他人按键的输入，从而实现了抢答的功能。当要进行下一次的抢答时，由主持人先按一下复位按键RST，电路复位，进入下一次抢答的就绪状态。该电路的组成如图3.1.1：