2021太原理工大學(xué)EDAFPGA八路搶答器應(yīng)用設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

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1、太原理工大學(xué)EDAFPGA八路搶答器應(yīng)用設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)目的 1、加深對(duì)VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)的理解； 2、通過(guò)對(duì)搶答器的設(shè)計(jì)加深對(duì)CPLD/FPG課程理解 3、通過(guò)對(duì)搶答器的設(shè)計(jì)了解簡(jiǎn)易集成電路的設(shè)計(jì)思路。 二、設(shè)計(jì)要求 1．設(shè)計(jì)具有一個(gè)可容納8組參賽者的數(shù)字智力搶答器，每組設(shè)置一個(gè)搶答按鈕供搶答者使用。 2．主持人按鍵清零，數(shù)碼管顯示0，進(jìn)入搶答狀態(tài)； 3.主持人發(fā)出開(kāi)始命令，8人開(kāi)始搶答，若有人先按下?lián)尨鸢粹o，數(shù)碼管顯示該組號(hào)碼，其他人再按搶答按鈕，系統(tǒng)不再響應(yīng)； 4.設(shè)置記分電路，可顯示每組選手的分?jǐn)?shù)； 5.設(shè)置計(jì)時(shí)顯示。 三、設(shè)計(jì)方案 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

2、可知，系統(tǒng)的輸入信號(hào)有：各組的搶答按鈕A、B、C、D、E、F、G、H,系統(tǒng)清零信號(hào)CLR，系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)CLK，計(jì)分復(fù)位信號(hào)RET，加分按鈕信號(hào)ADD，計(jì)時(shí)預(yù)置控制信號(hào)LDN，計(jì)時(shí)使能信號(hào)EN，計(jì)時(shí)預(yù)置調(diào)整信號(hào)按鈕AN、BN,系統(tǒng)的輸出信號(hào)有：4個(gè)組搶答成功與否的指示燈控制信號(hào)輸出口LEDA、LEDB、LEDC、LEDD、LEDE、LEDF、LEDG、LEDH,4個(gè)組搶答時(shí)的計(jì)時(shí)數(shù)碼管顯示控制信號(hào)若干，搶答成功組別顯示的控制信號(hào)若干，各組計(jì)分動(dòng)態(tài)顯示的控制信號(hào)若干。 本次課程設(shè)計(jì)的主要目的旨在通過(guò)獨(dú)立完成一個(gè)“搶答器”的設(shè)計(jì)，達(dá)到對(duì)EDA技術(shù)的熟練掌握， 提升對(duì)《CPLD/FPGA技術(shù)及應(yīng)用

3、》課程所學(xué)內(nèi)容的掌握和應(yīng)用。 以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在EDA軟件平臺(tái)上，用硬件描述語(yǔ)言VHDL完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī) 自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配 編譯、邏輯映射和編程下載等工作。基于VHDL程序設(shè)計(jì)中擁有輸入設(shè)計(jì)流程 ,其包括設(shè)計(jì)輸入，綜合， 適配，仿真測(cè)試和編程下載等方法。與其他應(yīng)用軟件相比，他提供了更強(qiáng)大、更直觀便捷和操作靈活 的原理圖輸入設(shè)計(jì)功能，同時(shí)還配備了更豐富的適用于各種需要的元件庫(kù)，其中包括基本的邏輯元件， 宏功能元件，以及類(lèi)似于IP核的參數(shù)可設(shè)置的宏功能塊LPM庫(kù)。 設(shè)計(jì)者不必具備許多諸如編程技術(shù)，

4、硬件描述語(yǔ)言等知識(shí)就能迅速入門(mén)，完成較大規(guī)模的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 能進(jìn)行任意層次的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)只能完成單一層次的設(shè)計(jì)。 能對(duì)系統(tǒng)中的任意層次，或任一元件的功能進(jìn)行精確的時(shí)序仿真。 通過(guò)時(shí)序仿真能迅速定位電路系統(tǒng)中的錯(cuò)誤所在，并及時(shí)糾正。 四：設(shè)計(jì)模塊方框圖 根據(jù)搶答器的功能要求，可以得出如下模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖： 五模塊功能分析 1 搶答輸入開(kāi)關(guān)電路該電路由8個(gè)開(kāi)關(guān)按鍵組成，每一個(gè)選手與一個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)。開(kāi)關(guān)為常開(kāi)型，即當(dāng)按下開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)自動(dòng)的彈開(kāi)斷開(kāi)，此時(shí)輸入搶答信號(hào)自動(dòng)變?yōu)楦唠娖?；?dāng)按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，輸入搶答信號(hào)為低電平。 2 鎖存器當(dāng)只要有一個(gè)且為任意一個(gè)搶

5、答輸入信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，觸發(fā)器電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電平信息，同時(shí)為避免之后的搶答開(kāi)關(guān)按鈕也按下產(chǎn)生錯(cuò)亂，最先產(chǎn)生的輸出電平變化又反饋回來(lái)將觸發(fā)器鎖定住，并保持輸出的電平信息。這樣就避免了搶答先后發(fā)生紊亂不清楚的現(xiàn)象發(fā)生。 3 編碼器編碼器的作用是將開(kāi)關(guān)信息轉(zhuǎn)化為8421BCD碼，以提供數(shù)字顯示電路所需要的編碼輸入。 4 譯碼器譯碼器的作用是將編碼器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，譯碼器由七段共陰二極管組成，高位在左，低位在右，如當(dāng)輸入譯碼器的信號(hào)為“1101101”時(shí)，數(shù)碼管的七個(gè)段g,f,e,d,c,b,a 分別接1,1,0,1,1,0,1，接有高電平的段亮，于

6、是數(shù)碼管顯示為“5”。 5 解鎖器 當(dāng)觸發(fā)鎖存電路被鎖存后，若要進(jìn)行下一輪的重新?lián)尨?，則需要將鎖存器解鎖，可通過(guò)強(qiáng)迫是復(fù)位控制置為1，使鎖存處于等待鎖存狀態(tài)，以準(zhǔn)備進(jìn)行下一輪的搶答。 8路搶答器源VHDL程序,（包含倒計(jì)時(shí)dqs，數(shù)碼shuma，計(jì)分器jfq程序） library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity qiangdaqi is port( rst: in std_logic; clk: in

7、 std_logic; key : in std_logic; en:in std_logic; q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7,q8: in std_logic; shuma: out std_logic_vector( 6 downto 0); led: out std_logic_vector( 7 downto 0); jfq: out std_logic_vector( 6 downto 0); djs: out std_logic_vector( 6 downto 0) ); end qiangdaqi; architecture Behavioral o

8、f qiangdaqi is signal s: std_logic_vector(3 downto 0); signal q: std_logic_vector(7 downto 0); signal max: std_logic; signal b: std_logic_vector(3 downto 0):="0000"; signal A: std_logic_vector(3 downto 0):="0011"; signal cnt: std_logic_vector( 25 downto 0); signal clks: std_logic; begin proces

9、s(rst,clk,clks) begin if rst=0 then cntelsif clkevent and clk=1 then cntend if; clksend process; process(en,A,clks) begin if clksevent and clks=1 and en=1 then case A is when "0000" => djswhen "0001" => djswhen "0010" => djswhen "0011" => djswhen others => null; end case; if a/="0000" the

10、n aend if; end if; end process; process(rst,clk) begin qif rst=0 then selsif clkevent and clk=1 and A="0000"then case q is when "10000000" => swhen "01000000" => swhen "00100000" => swhen "00010000" => swhen "00001000" => swhen "00000100" => swhen "00000010" => swhen "00000001" => swhen oth

11、ers=>null; end case; end if; end process; process(rst,clk,s,A) begin if rst=0 then maxelsif clkevent and clk=1 and A="0000" then if s>0 then maxend if; end if; end process; process(rst,max,s,A) begin if rst=0 then shumaelsif maxevent and max=1 and A="0000" then if s(3)=0 and s(2)=0 a

12、nd s(1)=0 and s(0)=0 then shumaelsif s(3)=0 and s(2)=0 and s(1)=0 and s(0)=1then shumaelsif s(3)=0 and s(2)=0 and s(1)=1 and s(0)=0then shumaelsif s(3)=0 and s(2)=0 and s(1)=1 and s(0)=1then shumaelsif s(3)=0 and s(2)=1 and s(1)=0 and s(0)=0then shumaelsif s(3)=0 and s(2)=1 and s(1)=0 and s(0)=1the

13、n shumaelsif s(3)=0 and s(2)=1 and s(1)=1 and s(0)=0then shumaelsif s(3)=0 and s(2)=1 and s(1)=1 and s(0)=1then shumaelsif s(3)=1 and s(2)=0 and s(1)=0 and s(0)=0 then shumaend if; end if; end process; process(rst,max,s,A) begin if rst=0 then ledelsif maxevent and max=1 and A="0000" then if s

14、(3)=0 and s(2)=0 and s(1)=0 and s(0)=0then ledelsif s(3)=0 and s(2)=0 and s(1)=0 and s(0)=1then ledelsif s(3)=0 and s(2)=0 and s(1)=1 and s(0)=0then ledelsif s(3)=0 and s(2)=0 and s(1)=1 and s(0)=1then ledelsif s(3)=0 and s(2)=1 and s(1)=0 and s(0)=0then ledelsif s(3)=0 and s(2)=1 and s(1)=0 and s(0

15、)=1then ledelsif s(3)=0 and s(2)=1 and s(1)=1 and s(0)=0then ledelsif s(3)=0 and s(2)=1 and s(1)=1 and s(0)=1 then ledelsif s(3)=1 and s(2)=0 and s(1)=0 and s(0)=0then ledend if; end if; end process; process(key,b) begin if keyevent and key=1 then bend if ; if b="1010" then bend if; case b

16、is when "0000" => jfqend case; end process; end Behavioral; 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖： 實(shí)物圖顯示 六：調(diào)試 引腳鎖定完成，便進(jìn)行硬件下載命令。試驗(yàn)箱接通電源后，便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，按下清零鍵res，然后按下?lián)尨鸬拈_(kāi)關(guān)按鈕，當(dāng)下按的是第幾個(gè)編號(hào)，數(shù)碼管顯示的就是該編號(hào)，再按其他的搶答按鈕已無(wú)反應(yīng)，表示搶答成功，該鎖存模塊電路時(shí)正確的。然后再按下清零鍵rest,再逐一嘗試其他的搶答開(kāi)關(guān)按鈕，觀察是否都能正常工作，如果都正常工作，則表示該8路智能搶答器設(shè)計(jì)正確。打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱，講導(dǎo)線連接到對(duì)應(yīng)的引腳上，按下復(fù)位鍵，此時(shí)只有發(fā)光

17、二級(jí)管是亮的，然后按下一號(hào)組，同時(shí)顯示器上顯示1，這時(shí)再按下2，顯示器仍然顯示1.按下復(fù)位鍵，先按2，再按3，顯示器顯示2。這個(gè)時(shí)候?qū)嶒?yàn)成功 七、實(shí)驗(yàn)心得 通過(guò)這次的EDA課程設(shè)計(jì)，讓我熟練地掌握了EDA設(shè)計(jì)Quartus II10.0軟件的操作，使用VHDL語(yǔ)言，對(duì)應(yīng)填寫(xiě)管教，安裝硬件驅(qū)動(dòng)，連接EDA實(shí)驗(yàn)箱出來(lái)結(jié)果，之前學(xué)會(huì)了基本的課程設(shè)計(jì)以及編譯仿真的操作，這次的智能搶答器又讓我學(xué)到很多，但是其中也遇到了很多困難。我們小組三個(gè)人，由我們共同來(lái)完成這個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我進(jìn)一步了解了設(shè)計(jì)的步驟和原理，進(jìn)一步加深了對(duì)《CPLD/FPGA應(yīng)用設(shè)計(jì)》這門(mén)課的理解，增強(qiáng)了以后學(xué)習(xí)的興趣，為以后的工作積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。這讓我們知道了以前并不了解的知識(shí)。