8路抢答器基于fpga

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基于单片机8路抢答器的设计与实现

基于单片机8路抢答器的设计与实现

基于单片机8路抢答器的设计与实现引言:抢答器是一种用于比赛或考试中进行抢答的设备,它可以实现多个参与者同时抢答,实时显示最先抢答者的编号。

本文将介绍一种基于单片机的8路抢答器的设计与实现。

一、设计方案:1.硬件设计:本设计采用单片机作为主控制器,使用LED显示器显示抢答编号。

按键用于选择参与抢答的编号。

____________________+------------------,P1.0,,P1.1,,P1.2,,P1.3Infrared sensor ----- ------- ----- -----+------------------,P1.4,,P1.5,,P1.6,,P1.7LED display ----- ------- ----- -----+---------------+---------+---------+---------+---------+AVRMicrocontroller+---------------+---------+---------+2.软件设计:本设计的软件部分主要涉及中断、定时器、按键扫描和显示控制几个方面的内容。

(1)中断:使用外部中断响应红外传感器的触发信号,并处理中断程序。

(2)定时器:使用定时器来实现LED显示的时序控制,以达到流畅的显示效果。

(3)按键扫描:定时扫描按键,当一些按键按下时,触发相应的抢答编号。

(4)显示控制:根据抢答编号,通过对LED显示器的控制,实现编号的显示。

二、实现步骤:1.硬件部分的实现:(1)按照上述连接图的方式,将红外传感器和LED显示器与单片机进行连接。

(2)编写硬件程序,对红外传感器和LED显示器进行初始化配置。

2.软件部分的实现:(1)编写中断服务函数,用于响应红外传感器的触发信号,并完成相应的中断处理。

(2)编写定时器中断服务函数,用于控制LED显示的时序。

(3)编写按键扫描函数,用于检测按键是否按下,并触发相应的抢答编号。

基于FPGA技术实现智能抢答器的设计

基于FPGA技术实现智能抢答器的设计

河北工业大学城市学院毕业设计说明书作者:陈厚黎学号: 098063 系:信息工程系专业:电子科学与技术题目:基于FPGA技术实现智能抢答器的设计指导者:伍萍辉教授(姓名) (专业技术职务)评阅者:(姓名) (专业技术职务)年月日目次1引言............................................................................................................................................. - 1 -1.1 本课题的发展现状................................................................................................................ - 1 -1.2 本课题研究的目的和意义.................................................................................................. - 1 -1.3、实现方法概述...................................................................................................................... - 2 -2 基本应用电路设计................................................................................................................ - 5 -2.1 抢答器设计基本要求.......................................................................................................... - 5 -2.2 硬件电路设计........................................................................................................................ - 6 -2.3 软件程序设计........................................................................................................................ - 6 -3 系统总体电路图...................................................................................................................... - 18 -4 编程及测试.............................................................................................................................. - 19 -结论.......................................................................................................................................... - 20 -参考文献................................................................................................................................ - 21 -致谢.......................................................................................................................................... - 22 -附录.............................................................................................................................................. - 23 -1引言FPGA(即现场可编程门阵列)差不多最早出现在上个世纪的八十年代中期,现场可编程门阵列是在PAL、GAL、CPLD等一系列可编程的器件的基础上更先进的发展产物。

fpga抢答器

fpga抢答器

基于FPGA的抢答器设计摘要:抢答器使用八个拨码开关,供选手抢答使用。

选择共阳数码管显示倒计时和抢答选手号。

在每个拨码开关的上方都有LED灯。

用一个独立按键独立按键实现复位和抢答开始功能。

开始,先十秒倒计时,到零后开始抢答,成功后,显示选手号和对应LED亮。

按复主持人通过复位按键清除抢答信息,并重新开始。

直接在开发板板上使用。

关键词:抢答器;数码管;FPGA1、引言硬件描述语言(Hardware Description Language )是硬件设计人员和电子设计自动化EDA工具之间的界面。

其主要目的是用来编写设计文件,建立电子系统行为级的仿真模型。

即利用计算机的巨大能力对用Verilog HDL或VHDL建模的复杂数字逻辑进行仿真,然后再自动综合以生成符合要求且在电路结构上可以实现的数字逻辑Netlist,根据型仿真验证无误后用于制造ASI C 芯片或写入 EPLD和 FPGA 器件中。

Verilog HDL是一种硬件描述语言( HD L:Hardware DiscriptionLanguage),是一种以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语言,用它可以表示逻辑电路图、逻辑表达式,还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能。

Verilog HDL就是在用途最广泛的C 语言的基础上发展起来的一种件描述语言,它是由 GDA(Gateway Design Automation)公司的 PhilMoorby在 1983年末首创的,最初只设计了一个仿真与验证工具,之后又陆续开发了相关的故障模拟与时序分析工具。

Verilog HDL的最大特点就是易学易用,如果有C 语言的编程经验,可以在一个较短的时间内很快的学习和掌握,因而可以把Verilog HDL内容安排在与 ASIC 设计等相关课程内部进行讲授,由于HDL语言本身是专门面向硬件与系统设计的,这样的安排可以使学习者同时获得设计实际电路的经验。

2.1系统总体框图和原理图2.1 系统总体框图抢答器整体电路设计有以下几个目标:( 1)实现八人抢答器,有人抢答成功后,其他人再抢答无效;( 2)通过倒计时来提示抢答开始,并在数码管上显示抢答者的序号以及显示相应LED灯·;( 3)主持人通过复位按键清除抢答信息,并开始 9秒的答题倒计时,当倒计时结束时,此时可以开始抢答我们设计的总体方案是将整个任务分成4个部分即分频(延时)部分、抢答模块、倒计时显示模块并LED显示模块。

基于单片机8路抢答器的设计与实现

基于单片机8路抢答器的设计与实现

基于单片机8路抢答器的设计与实现基于单片机的8路抢答器是一种常见的电子竞赛设备,用于测验、培训或竞赛等活动中进行抢答的过程。

它能够为多个参与者提供公平竞争机会,并通过显示屏和声音提示来呈现结果。

下面是一个基于单片机的8路抢答器的设计与实现的参考内容。

一、硬件设计:1. 微控制器选择:可以选择一款适合的单片机作为抢答器的主控芯片,常见的选择有STC89C52、AT89C52、PIC16F877A 等。

2. 输入部分设计:为每个参与者设置一个按钮,用于抢答。

可以使用电子按键、触摸按钮等。

3. 显示部分设计:可以选择LCD液晶显示屏或数码管进行显示,显示参与者的编号或抢答进度等信息。

4. 声音提示设计:可以使用蜂鸣器或扬声器作为声音提示装置,用于鸣笛提示抢答结果。

5. 电源部分设计:选择合适的电源模块,如直流电源模块或电池供电。

二、软件设计:1. 系统初始化:设置IO口的输入输出状态,初始化LCD显示屏,配置中断等。

2. 抢答逻辑:设置抢答模式,设定抢答者数量,记录抢答时间,并根据抢答顺序进行显示和提示。

3. 显示与提示:根据抢答结果,将结果显示在LCD屏幕上,并通过声音提示器进行声音提示。

4. 延时与计时:设置合适的延时函数和计时器用于计算抢答的时间长度。

5. 节拍控制:设置一个节拍控制函数,用于判断抢答按钮的按下时间是否在某一节拍内,以增加抢答的公平性。

6. 按键检测与处理:使用中断或轮询方式对抢答器上的按键进行检测和处理,并根据按键的触发来执行相应的命令。

三、实现步骤:1. 硬件搭建:按照上述设计,完成抢答器的硬件搭建,包括连接单片机与按钮、显示屏和声音提示器等。

2. 程序编写:根据所选的单片机型号,使用对应的编程软件,编写相应的程序。

3. 调试与测试:将编写好的程序下载到单片机中,通过串口或者编程器与单片机进行连接,进行调试与测试。

4. 优化与改进:根据实际使用情况,进行程序的优化和改进,以提高系统的稳定性和可靠性。

8路抢答器基于fpga解析

8路抢答器基于fpga解析

基于FPGA的多路数字抢答器的设计摘要:本文主要介绍了以FPGA为基础的八路数字抢答器的设计,首先对各模块的功能进行分配,此次设计主要有七个模块,依次为分频模块、抢答模块、加减分模块、倒计时模块、设置倒计时模块、蜂鸣器模块和数字显示模块。

主持人按下开始键可以实现抢答开始,选手号的显示,加减分模块,积分的显示,积分的重置,并启动倒计时模块;若有选手犯规或者倒计时记到五秒,停止倒计时,开启蜂鸣器,并为进入加减分模块做准备。

此次设计程序用Quartus II12.0为软件开发平台,用Verilog语言来编写,使用模块化编程思想,自上向下,通过寄存器变量来控制各个模块的运行。

本次设计采用FPGA来增强时序的灵活性,由于FPGA的I/O端口资源丰富,可以在此基础上稍加修改可以增加很多其他功能的抢答器,因此后期可塑性很强,因为核心是FPGA芯片,外围电路比较简单,可靠性强、运算速度高,因此便于维护,并且维护费用低。

关键词:FPGA、抢答器、倒计时、犯规报警、加减分、显示目录第一章绪论................. . (2)第二章 FPGA原理及相关开发工具软件的介绍 (3)2.1 FPGA的简介..... . (3)2.1.1 FPGA的发展与趋势......... .. (3)2.1.2 FPGA的工作原理及基本特点 (4)2.1.3 FPGA的开发流程 (5)2.1.4 FPGA的配置... . (5)2.2 软件介绍............... .. (6)2.2.1 Verilog HDL的介绍........... .. (6)2.2.2 Quartus II软件.................... .. (7)第三章数字抢答器系统设计方案和主要模块 (8)3.1 功能描述及设计架构...... .. (8)3.2 抢答器程序流程图以及各模块代码分析 (10)3.2.1 抢答器程序结构及主程序流程图 (10)3.2.2 秒分频模块 (15)3.2.3 倒计时以及倒计时剩5S时报警模块...... 错误!未定义书签。

(完整word版)数电课设——基于EDA,VHDL语言的八路抢答器

(完整word版)数电课设——基于EDA,VHDL语言的八路抢答器

课程设计课题数字式竞赛抢答器学院电气与信息工程学院摘要当今的社会竞争日益激烈,选拔人才,评选优胜,知识竞赛之类的活动愈加频繁,那么也就必然离不开抢答器。

而现在的抢答器有着数字化,智能化的方向发展,这就必然提高了抢答器的成本。

鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多,操作简单,经济实用的小型抢答器必将大有市场。

本课程设计设计的八路数字式抢答器由抢答鉴别模块、抢答计时模块、计分模块、译码显示模块组成。

基于FPGA,经过程序设计、调试、仿真、下载和软硬件联合调试等工作,实现了抢答功能.本方案具有的优点是:随着EDA技术的高速发展,电子系统的设计技术和工具发生了深刻的变化,大规模可编程逻辑器件CPLD/FPGA的出现,给设计人员带来了诸多方便。

利用它进行产品开发,不仅修改方便、开发周期短、仿真方便、可靠性高,而且具有完全的知识产权。

不足之处是:成本比基于基本IC器件开发的多路智力抢答器高,要有较高的软件开发平台,并要求初学者能熟练掌握开发平台的使用.一、我的设计实现的功能:基本功能:1.八路智力抢答器,同时供8个选手参赛,编号分别为1到8。

每位选手用一个答题按钮和LED灯,选手按下时其灯亮。

2.给主持人一个控制开关,实现系统的清零和抢答的开始。

3.具有数据锁存和显示功能.抢答开始后,如果有选手按下了抢答按钮,其编号立即锁存并显示在LCD液晶显示屏上.此外,禁止其他选手再次抢答。

选手的编号一直保存直到主持人清除。

扩展功能:1.具有提前抢答的鉴别功能,在主持人抢答使能键没按下之前的抢答会被判无效并且蜂鸣器响。

2.具有定时抢答功能,可由主持人设定抢答时间.当抢答开始后。

定时其开始倒计时,并显示在LCD上。

3.具有计分功能,初始每位选手100分,以后按选手答题情况可以加分和减分,并将每位选手的得分在LCD上显示。

二、设计原理框图:八路智能抢答器系统可分为三个大的功能模块,抢答鉴别模块,计时模块和译码显示模块。

它们之间的控制关系如图1所示:图1 抢答器基本原理当主持人设置答题时间后,启动开始抢答按键时,抢答鉴别模块进入工作状态,选手可以进行抢答,有选手抢答,则抢答鉴别模块锁存该选手的号码,其他选手抢答无效,同时,译码显示选手编号,当定时器时间减少到0秒时,表示抢答时间到,选手抢答无效。

八位竞赛抢答器

八位竞赛抢答器

摘要抢答器的设计是基于VHDL语言,可以支持八个选手抢答,抢答器不仅具有倒计时功能,具有计数功能,还准备了重置的功能。

抢答器主要包含第一判断电路模块、倒计时电路模块、计分电路模块、显示电路模块以及位选择电路模块。

参赛选手如果成功抢答,则开始倒计时,答对者可以得到相应的分数,答错不扣分。

通过利用QUARTUS 软件完成相应的底层代码编写,用这些底层的模块来构建顶层模块,以及对顶层模块仿真、编译,以实现我们所需要的功能。

关键字:抢答器;EDA;VHDL;FPGADesign of 8 bit contest Responder based on FPGAAbstractResponder this design is based on VHDL language, supporting eight players responder.Responder has not only the function of the countdown has counting comprises a first judgment circuit module,coutdown circuit module, scoringmodule, display circuit module and a selection circuit module. If the contestants are successful to require the answer firstly, then the responder will start the countdown, you can get the corresponding scores, wrong answers are not penalized. By using the QUARTUS software to complete the underlying code written by the corresponding, the underlying model to construct the top module, as well as the top module, compiled simulation, in order to realize the functions we need.Keywords:Responder; EDA; VHDL; FPGA目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (3)1.1 引言 (3)1.2 电子抢答器研究的背景与意义 (3)1.3 系统设计要求 (4)第二章电子抢答器总体设计方案 (5)2.1 系统总体方案设计 (5)2.2 主控芯片简介 (5)2.2.1 FPGA和CPLD器件 (5)2.2.2 可编程逻辑器件分类 (6)2.2.3 FPGA的基本结构 (6)2.3 EDA技术 (7)2.4 VHDL (8)2.4.1 关于VHDL (8)2.4.2 VHDL语言程序结构 (8)2.4.3 VHDL语言描述方式 (8)第三章电子抢答器的具体设计方案 (9)3.1 系统具体方案设计 (10)3.2 主要模块设计 (11)3.2.1 第一判断电路 (11)3.2.2 计分电路 (12)3.2.3 倒计时电路 (13)3.2.4 显示电路 (13)3.2.5 位选选择电路 (14)第四章电子抢答器系统仿真与分析 (15)4.1 系统总原理图分析与仿真 (15)4.2 倒计时模块分析与仿真 (17)4.3 判断电路模块分析与仿真 (17)4.4计分模块分析与仿真 (18)结束语 (18)致谢............................................... 错误!未定义书签。

基于FPGA的抢答器毕业设计.

基于FPGA的抢答器毕业设计.

摘要本文介绍了一种采用EDA技术,在QuartusII工具软件环境下用VHDL语言编写的数码显示8路抢答器的电路组成、设计思路及功能。

抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛,分别用8个按钮[1]~[8]表示。

设置一个系统清除和抢答控制开关,该开关由主持人控制。

抢答器具有锁存与显示功能,即选手按动按钮,锁存相应的编号,扬声器发出声响提示,并在七段数码管上显示选手号码。

选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

系统主芯片采用EP2C35F484C8,由基本时钟发生电路模块,复位电路模块,键盘防抖动模块,键盘扫描模块,数码管驱动模块,报警频率选择模块组成。

经编译和仿真所设计的程序,在可编程逻辑器件上下载验证,从而完成抢答器功能。

关键词:抢答器;硬件描述语言;可编程逻辑门阵列;AbstractThis article introduces an EDA technology tools in QuartusII environment using VHDL language digital display 8 answering device circuit design ideas and features.Responder same time for eight players or eight team competition, with eight buttons, respectively [1] ~ [8] said. Setting clear and answer in a system control switch, the switch control by the moderator. Responder has a latch and display, the player press the button, latch the corresponding number, speaker audible prompts, and seven-segment digital tube display in player numbers. Players answer in the implementation of the priority latch, first answer in player numbers has been maintained to host the system cleared.System main chip EP2C35F484C8, from the basic clock circuit module, reset the circuit module, keyboard judder module, the keyboard scan module, a digital control drive module, alarm frequency selection module. The compilation and simulation process is designed, in the programmable logic device to download verification, thus completing the Responder feature.Key words:Responder;Very Hardware Description Language; FPGA;目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 选题背景 (1)1.1.1 EDA技术的发展 (1)1.1.2课题研究的必要性 (2)1.2课题研究的内容 (2)2 系统方案设计 (3)2.1 FPGA简介 (3)2.1.1 FPGA基本结构 (4)2.1.2 FPGA系统设计流程 (5)2.1.3 FPGA开发编程原理 (7)2.1.4 FPGA配置模式 (7)2.2 FPGA的应用 (8)2.2.1 电路设计中FPGA的应用 (8)2.2.2 产品设计 (8)2.2.3 系统及应用 (9)2.3抢答器总体设计方案 (9)2.3.1抢答器的定义 (9)2.3.2 本文设计的抢答器的构成 (10)2.3.3 抢答器的工作原理 (10)3 系统硬件设计与实现 (12)3.1基本时钟发生模块 (12)3.2键盘防抖动模块 (13)3.2.1键盘的作用 (13)3.2.2键盘系统设计 (13)3.2.3键盘防抖动模块工作方式 (14)3.4键盘扫描模块 (15)3.5数码管驱动模块 (16)3.6报警频率选择模块 (17)4 抢答器的程序设计与实现 (18)4.1 基本时钟发生程序设计 (18)4.2 键盘防抖动程序设计 (18)4.3 键盘扫描程序设计 (19)4.4 数码管驱动程序设计 (19)4.5 报警频率选择程序设计 (20)结论 (22)致谢 (23)参考文献 (24)附录一 (25)附录二 (34)附录三 (45)1 绪论1.1 选题背景现代社会的标志之一就是信息产品的广泛使用,而且是产品的性能越来越强,复杂程度越来越高,更新步伐越来越快。

8路抢答器基于fpga

8路抢答器基于fpga

基于FPGA的多路数字抢答器的设计摘要:本文主要介绍了以FPGA为基础的八路数字抢答器的设计,首先对各模块的功能进行分配,此次设计主要有七个模块,依次为分频模块、抢答模块、加减分模块、倒计时模块、设置倒计时模块、蜂鸣器模块和数字显示模块。

主持人按下开始键可以实现抢答开始,选手号的显示,加减分模块,积分的显示,积分的重置,并启动倒计时模块;若有选手犯规或者倒计时记到五秒,停止倒计时,开启蜂鸣器,并为进入加减分模块做准备。

此次设计程序用Quartus II12.0为软件开发平台,用Verilog语言来编写,使用模块化编程思想,自上向下,通过寄存器变量来控制各个模块的运行。

本次设计采用FPGA来增强时序的灵活性,由于FPGA的I/O端口资源丰富,可以在此基础上稍加修改可以增加很多其他功能的抢答器,因此后期可塑性很强,因为核心是FPGA芯片,外围电路比较简单,可靠性强、运算速度高,因此便于维护,并且维护费用低。

关键词:FPGA、抢答器、倒计时、犯规报警、加减分、显示目录第一章绪论................. . (2)第二章 FPGA原理及相关开发工具软件的介绍 (3)2.1 FPGA的简介..... . (3)2.1.1 FPGA的发展与趋势......... .. (3)2.1.2 FPGA的工作原理及基本特点 (4)2.1.3 FPGA的开发流程 (5)2.1.4 FPGA的配置... . (5)2.2 软件介绍............... .. (6)2.2.1 Verilog HDL的介绍........... .. (6)2.2.2 Quartus II软件.................... .. (7)第三章数字抢答器系统设计方案和主要模块 (8)3.1 功能描述及设计架构...... .. (8)3.2 抢答器程序流程图以及各模块代码分析 (10)3.2.1 抢答器程序结构及主程序流程图 (10)3.2.2 秒分频模块 (15)3.2.3 倒计时以及倒计时剩5S时报警模块...... 错误!未定义书签。

基于FPGA的八位数字抢答器

基于FPGA的八位数字抢答器

一、课程设计的内容通过学习掌握使用可编程逻辑器件和QuartusII 软件的基本使用,利用QuartusII 软件各种器件进行多路智力竞赛抢答器设计;利用DE2板对所设计的电路进行验证;总结电路设计结果。

通过设计掌握基本工程设计方法,提高动手能力。

二、课程设计的要求与数据八位数字抢答器设计要求:1). 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛,分别用8个按钮S0 ~ S7表示。

2). 设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。

3). 抢答器具有锁存与显示功能。

即选手按动按钮,锁存相应的编号,并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

4). 抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定(如,30秒)。

当主持人启动"开始"键后,定时器进行减计时,同时扬声器发出短暂的声响,声响持续的时间0.5秒左右。

5). 参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。

6). 如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警并禁止抢答,定时显示器上显示00。

三、课程设计应完成的工作利用QuartusII 软件各种器件画出八位数字抢答器的原理图。

对原理图进行编译修改错误;设计引脚,再重新编译;进行仿真,根据仿真结果观察设计是否符合设计要求。

然后加载到DE2板上,验证电路是否正确。

对设计进行优化、完善。

附加要求:写出设计的VHDL源程序,利用QuartusII 软件生成原理图。

进行编译修改错误;设计引脚,再重新编译;进行仿真,根据仿真结果观察设计是否符合设计要求。

然后加载到DE2板上,验证电路是否正确。

四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1熟悉QuartusII 软件,掌握QuartusII 软件的基本使用实验2号楼2142007-11-26上午2 根据设计要求进行方案设计,利用基本器件用笔画出基本原理图,给老师检修实验2号楼2142007-11-26下午至273 利用QuartusII 软件进行设计,画出原理图。

太原理工大学EDAFPGA八路抢答器应用设计课程设计讲述

太原理工大学EDAFPGA八路抢答器应用设计课程设计讲述

一、设计目的1、加深对VHDL语言设计的理解;2、通过对抢答器的设计加深对CPLD/FPG课程理解3、通过对抢答器的设计了解简易集成电路的设计思路。

二、设计要求1.设计具有一个可容纳8组参赛者的数字智力抢答器,每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。

2.主持人按键清零,数码管显示0,进入抢答状态;3.主持人发出开始命令,8人开始抢答,若有人先按下抢答按钮,数码管显示该组号码,其他人再按抢答按钮,系统不再响应;4.设置记分电路,可显示每组选手的分数;5.设置计时显示。

三、设计方案根据系统设计要求可知,系统的输入信号有:各组的抢答按钮A、B、C、D、E、F、G、H,系统清零信号CLR,系统时钟信号CLK,计分复位信号RET,加分按钮信号ADD,计时预置控制信号LDN,计时使能信号EN,计时预置调整信号按钮AN、BN,系统的输出信号有:4个组抢答成功与否的指示灯控制信号输出口LEDA、LEDB、LEDC、LEDD、LEDE、LEDF、LEDG、LEDH,4个组抢答时的计时数码管显示控制信号若干,抢答成功组别显示的控制信号若干,各组计分动态显示的控制信号若干。

本次课程设计的主要目的旨在通过独立完成一个“抢答器”的设计,达到对EDA技术的熟练掌握,提升对《CPLD/FPGA技术及应用》课程所学内容的掌握和应用。

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。

基于VHDL程序设计中拥有输入设计流程 ,其包括设计输入,综合,适配,仿真测试和编程下载等方法。

与其他应用软件相比,他提供了更强大、更直观便捷和操作灵活的原理图输入设计功能,同时还配备了更丰富的适用于各种需要的元件库,其中包括基本的逻辑元件,宏功能元件,以及类似于IP核的参数可设置的宏功能块LPM库。

8路抢答器的VHDL语言

8路抢答器的VHDL语言

八路抢答器由抢答启动电路、抢答定时器及定时译码显示电路、抢中报警电路、选手编号译码显示电路、答题时间限制电路,答题时间剩余显示电路和答题结束报警电路组成。

优先编码电路、锁存器、译码电路将抢中选手的编号译码显示输出;主持人开关启动和选手抢中报警电路;答题限时时间显示电路,答题时间结束和答题完成报警电路。

基于FPGA,经过程序设计、调试、仿真、下载和软硬件联合调试等工作,实现了抢答功能(另设计提供限时答题功能)。

1.设计一个八路智力抢答器,同时供8个选手参赛,编号分别为1到8。

每位选手用一个答题按钮。

2.给主持人一个控制开关,实现系统的清零和抢答的开始。

3.具有数据锁存和显示功能。

抢答开始后,如果有选手按下了抢答按钮,其编号立即锁存并显示在LED数码管上,同是扬声器报警。

此外,禁止其他选手再次抢答。

选手的编号一直保存直到主持人清除。

扩展功能:1.具有定时抢答功能,可由主持人设定抢答时间。

当抢答开始后。

定时其开始倒计时,并显示在LED上,同时扬声器发声提醒、2.选手在规定时间内抢答有效,停止倒计时,并讲倒计时时间显示在LED上,同时报警3.在规定时间内,无人抢答时,电路报警提醒主持人,此后的抢答按键无效。

4.选手抢中后,开始答题。

规定答题时间为:10s,在规定的时间内,选手答完题,手动报警。

若在规定时间内,未完成答题,报警提示。

答题时,显示答题剩余时间。

5.报警时间定为:100ms1.2.系统顶层文件顶层文件原理图:VHDL程序:library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;-- Uncomment the following lines to use the declarations that are -- provided for instantiating Xilinx primitive components.--library UNISIM;--use UNISIM.VComponents.all;entity myproject isport( clk : in std_logic; --时钟信号clear : in std_logic; --清零信号player : in std_logic_vector(7 downto 0); --八个抢答选手输入settime1 : in std_logic_vector(3 downto 0);--答题时间设置led_10s : out std_logic_vector(6 downto 0); --10s抢答计时已进行的时间显示selector : out std_logic_vector(6 downto 0); --抢中选手编码输出a udio : out std_logic; --喇叭响,低有效.endanswer : in std_logic; --答题完成led_left1 : out std_logic_vector(6 downto 0));end myproject;architecture Behavioral of myproject isc omponent qiangdap ort(set_start : in std_logic;a : in std_logic_vector(7 downto 0);clk : in std_logic;led : out std_logic_vector(6 downto 0);selector : out std_logic_vector(6 downto 0);selected : out std_logic;alarm : out std_logic);e nd component;c omponent dingshiqip ort(selected : in std_logic;clk : in std_logic;settime1: in std_logic_vector(3 downto 0);endanswer : in std_logic;alarm : out std_logic;led : out std_logic_vector(6 downto 0));e nd component;c omponent baojingp ort(clk : in std_logic;alarm1 : in std_logic;alarm2 : in std_logic;alarm3 : in std_logic;audioer : out std_logic);e nd component;s ignal selected1 : std_logic;s ignal start : std_logic:='0';s ignal alarm1 : std_logic:='0';s ignal alarm2 : std_logic;beginstartall : process(clear)beginif clear'event and clear='1' thenstart<=not start;end if;e nd process;u1: qiangda port map(start,player,clk,led_10s,selector,selected1,alarm1);u2: dingshiqi port map(selected1,clk,settime1,endanswer,alarm2,led_left1);u3: baojing port map(clk,start,alarm1,alarm2,audio);end Behavioral;系统仿真图:2、抢答模块VHDL程序:library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;-- Uncomment the following lines to use the declarations that are-- provided for instantiating Xilinx primitive components.--library UNISIM;--use UNISIM.VComponents.all;entity qiangda isport(set_start : in std_logic; --开始抢答信号(主持人按)否则一直有效,a : in std_logic_vector(7 downto 0); --八个抢答选手输入clk : in std_logic;led : out std_logic_vector(6 downto 0); --10s抢答计时已进行的时间显示selector : out std_logic_vector(6 downto 0); --抢中选手编码输出selected : out std_logic;alarm : out std_logic);end qiangda;architecture Behavioral of qiangda issignal deny1 : std_logic:='0'; --作为选中后标志signal deny2 : std_logic:='0'; --作为抢答计时结束标志signal timeon : integer range 0 to 15 :=0;signal cnt1 : integer range 0 to 32000000;beginalarm<=deny1 or deny2;selected<=deny1;select1 : process(set_start,deny2,a)beginif set_start='0' thendeny1<='0';selector<="0110000";elsif(deny1='0' and deny2='0' ) thencase a iswhen "10000000"=> selector<="1001111"; deny1<='1';when "01000000"=> selector<="0010010"; deny1<='1';when "00100000"=> selector<="0000110"; deny1<='1';when "00010000"=> selector<="1001100"; deny1<='1';when "00001000"=> selector<="0100100"; deny1<='1';when "00000100"=> selector<="0100000"; deny1<='1';when "00000010"=> selector<="0001111"; deny1<='1';when "00000001"=> selector<="0000000"; deny1<='1';when others => selector<="1111111"; --all unlaw states!!!end case;end if;end process;time10s : process(clk,deny1,set_start)beginif (clk'event and clk='1') thenif set_start='0' thendeny2<='0';timeon<=10;cnt1<=0;elsif deny1='1' thentimeon<=timeon;elsif timeon/=0 thenif cnt1/=32000000 thencnt1<=cnt1+1;elsetimeon<=timeon-1;cnt1<=0;end if;elsedeny2<='1';end if;end if;end process;ledshow : process(timeon)begincase timeon iswhen 0=> led<="0000001"; --0when 1=> led<="1001111"; --1when 2=> led<="0010010"; --2when 3=> led<="0000110"; --3when 4=> led<="1001100"; --4when 5=> led<="0100100"; --5when 6=> led<="0100000"; --6when 7=> led<="0001111"; --7when 8=> led<="0000000"; --8when 9=> led<="0000100"; --9when others => led<="1111111"; --未选中的状态,不显示end case;end process;end Behavioral;抢答电路仿真图:3.答题模块VHDL程序:(定时)library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;-- Uncomment the following lines to use the declarations that are-- provided for instantiating Xilinx primitive components.--library UNISIM;--use UNISIM.VComponents.all;entity dingshiqi is--设置答题时间,并计数,显示剩余时间,并将计数剩余时间转换为LED码输出。

基于FPGA和Quartus Ⅱ的八人抢答器设计

基于FPGA和Quartus Ⅱ的八人抢答器设计

1 设 计 过 程
1 . 1 设 计 框 图
按 照要 求设 计 的 电路 框 图如 图 1 所示 。
图 1 抢答 器 电 路框 图 1 . 2 设 计 分析 与 思路

种 常 用 的七 段 数 码 管 译 码 器 驱 动 器 ,可 以 用 来 作
考虑 到利 用 F P G A 设 计 电 路 的 灵 活 性 , 以 及 Q u a r t u s I I软 件 库 里 有 丰 富 的 7 4系 列 芯 片 来 设 计 。 7 4 L S 3 0是 8输 入 与 非 门将 八 个 输 入 信 号 进 行 逻 辑 与 再 逻 辑非 的 运算 后 ,输 出一 个 信 号 ,这 里 规 定 输 入 低 电 平有 效 ,可 以用 来 作 为八 个 抢 答 器 按 钮 的 输 入 判 断 ;利 用 门 电路 上 升 沿 有 效 ,采 用 7 4 1 7 5锁 存 按
器设奄 硪抵0 毽 捅l 与 警 釜 谤 ・
基于 F P G A和 Q u a r t u s I I 的 八 人 抢 答 器 设 计
李 蜀娴 ,汤 书 森 ,李 辉
( 兰 州大 学 信 息科 学与 工程学 院 ,甘肃 兰州 7 3 0 0 0 0 )
摘 要 :抢 答 器在 实 际 中应 用 较 多 ,通 常 实 现是 基 于 单 片 机 。在 数 字 逻 辑 实验 课 中 ,利 用 F P G A 设 计的灵活性和 Q u a r t u s l I 软件 库 里 有 丰 富 的 7 4系列 芯 片 , 来设 计 一 个 八 人 抢 答 器 ,通 过 功 能 仿 真 满
( 3 ) 报 警 系 统 。报 警 系统 相 当 于 一 个 二 进 制 计 数 器 ,控 制 信 号 接 到 7 4 1 6 0的 C L R N 清零 引 脚 上 , 未 计 数 时 ,k a i s h i j i s h u端 为 低 电平 ,所 以 C L R N输 人

利用FPGA实现抢答器

利用FPGA实现抢答器

实验原理
抢答器电路
抢 答 按 钮
优 先 编 码 器
锁 存 器
译 码 器
显 示 器ຫໍສະໝຸດ 开关7414874249
7447
Led或数码管
定时电路
秒 脉 冲 电 路
倒 计 时 电 路
译 码 器
显 示 器
外部脉冲 或分频
74192
7447
Led或数码管
分频程序
module Fdiv(Clock_In,Clock_Out); input Clock_In; output Clock_Out; reg Clock_Out; reg[32:0] count; parameter N = 50000000; always @ (posedge Clock_In) if ( count < N) begin count <= count + 1'b1; end else begin count <= 1'b0; PIN_N2 Clock_Out <= ~Clock_Out; end endmodule
实验六 可定时的八路数显抢答器
实验要求
1.掌握可定时的八路数显抢答器的工作原理及 其设计方法; 2.进一步熟悉74系列常用中规模集成芯片的应 用,提高对硬件电路的分析能力; 3.进一步熟悉QartusII软件的使用; 4.学习较复杂的数字系统文本输入(VHDL、 Veril HDL)和原理图输入的设计方法。
Verilog代码
1Hz
低位数码管
高位数码管
抢答器功能要求
基本功能: (1)设置一个系统清除和抢答控制开关,由主持人控制; (2)抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛; (3)抢答器具有锁存与显示功能。 扩展功能: (1)抢答器具有定时抢答功能,可由主持人设置时间; (2)参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效, 如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效。

基于FPGA八路电子抢答器设计

基于FPGA八路电子抢答器设计

基于FPGA八路电子抢答器设计
电子抢答器是现代化的教学工具,能够有效地提高学生的学习兴趣和加强知识的竞争性。

本文将设计一款基于FPGA的八
路电子抢答器,具体流程如下:
1. 确定硬件平台:本设计采用FPGA作为硬件平台。

2. 确定输入方式:本设计采用按键输入方式,每个抢答器模块都有一个触发按键,在触发时可以向中心控制器发送抢答信号。

3. 确定输出方式:本设计采用LED灯作为输出方式,每个抢
答器模块都有一个对应的LED灯,在抢答成功后可以点亮相
应的LED灯。

4. 确定控制方式:本设计采用总线控制方式,中心控制器作为总线的中心,控制每个抢答器模块的数据传输和控制指令。

5. 确定数据传输方式:本设计采用串行数据传输方式,中心控制器通过串行数据传输控制每个抢答器模块。

6. 确定控制指令:本设计采用多种控制指令,包括初始化指令、抢答指令、停止指令和显示指令等。

7. 搭建硬件电路:根据上述流程,搭建硬件电路,包括FPGA
开发板、按键、LED灯等。

8. 实现软件程序:编写FPGA的软件程序,包括控制指令的
生成和串行数据传输等功能。

9. 调试测试:进行电路调试和软件测试,确保八路电子抢答器正常工作。

10. 总结和展望:对本设计进行总结,并展望抢答器的进一步发展方向,包括加入语音识别、增加抢答器数量等。

八路抢答器毕业论文

八路抢答器毕业论文

八路抢答器毕业论文一、引言在当今社会,抢答器已成为各种竞赛和娱乐活动中的重要设备。

通过使用抢答器,可以公平、公正、有效地确定第一位回答问题的参赛者或队员。

本毕业论文旨在设计和实现一个八路抢答器,以解决现有抢答器系统的一些问题,并提高其性能。

二、系统设计1、总体结构:本系统主要由电源模块、控制模块、抢答模块和显示模块组成。

电源模块负责提供稳定可靠的电源;控制模块负责整个系统的控制和协调;抢答模块负责检测抢答信号并传递给控制模块;显示模块负责显示抢答结果和相关信息。

2、硬件选择:本系统采用单片机作为控制核心,利用其丰富的I/O 端口和内部定时器资源来实现系统的控制和检测。

同时,选用LED显示屏作为显示设备,以直观地展示抢答结果和相关信息。

3、软件设计:本系统的软件设计采用C语言编写,主要包括初始化、控制、检测和显示等功能。

通过编写程序,实现单片机对抢答模块和显示模块的有效控制。

三、实现过程1、硬件搭建:根据系统设计,选择合适的单片机、LED显示屏、按键开关等硬件设备进行搭建。

2、软件开发:然后,利用Keil软件编写单片机程序,实现对抢答模块和显示模块的控制。

在编写过程中,需不断调试和优化程序,确保系统的稳定性和可靠性。

3、联机调试:将编写好的程序下载到单片机中,进行实际运行测试。

通过多次测试和调整,确保系统的各项功能都能正常运行。

四、结果分析通过实际测试和运行,本八路抢答器系统表现出了良好的性能。

具体优点如下:1、快速响应:本系统能够快速响应按键信号,有效避免了抢答者之间的冲突。

2、稳定性高:本系统采用了单片机作为控制核心,具有较高的稳定性和可靠性。

3、可视化界面:本系统的LED显示屏可以直观地展示抢答结果和相关信息,方便观众和裁判查看。

4、可扩展性强:本系统采用了模块化设计,方便进行功能扩展和升级。

五、结论与展望本毕业论文成功设计和实现了一个八路抢答器系统。

该系统具有快速响应、高稳定性、可视化界面和可扩展性强等优点。

基于单片机8路抢答器的设计与实现

基于单片机8路抢答器的设计与实现

基于单片机8路抢答器的设计与实现主题:基于单片机8路抢答器的设计与实现在现代教育和娱乐活动中,抢答游戏是一种常见的互动方式。

随着科技的发展,利用单片机技术设计和实现抢答系统已成为一种创新且富有趣味的方法。

本文将介绍基于单片机的8路抢答器的设计和实现,并深入探讨其功能、原理和应用。

1. 介绍抢答游戏在学校、培训机构、家庭聚会等场合中被广泛应用,它能够激发参与者的积极性和竞争欲望,同时也为活动增添了趣味和互动性。

基于单片机的抢答器设计可以实现多路同时抢答,提高游戏的难度和趣味性,同时也能够实现答题速度的准确计时和成绩的实时显示,极大地方便了游戏的举行和管理。

2. 设计原理基于单片机的8路抢答器的设计原理主要包括信号输入、数据处理、显示输出等部分。

通过传感器或按钮等设备实现抢答信号的输入,单片机接收到信号后进行数据处理和分析,判断谁是最先抢答成功的参与者,并将结果通过显示屏等方式进行输出展示。

在此基础上,还可以加入声音提示、成绩记录等功能,提升游戏的体验和趣味性。

3. 实现步骤基于单片机的8路抢答器的实现步骤主要包括硬件设计、软件编程和系统调试等环节。

在硬件设计方面,需要选择合适的单片机芯片和外围电路,并进行连线焊接和电路调试。

在软件编程方面,需要根据抢答器的需求编写程序,实现信号的输入、数据的处理和结果的输出。

在系统调试方面,需要对硬件和软件进行综合测试,保证抢答器的稳定运行和准确判断。

4. 应用与展望基于单片机的8路抢答器不仅可以应用于教育和娱乐活动中,还可以拓展到各种比赛、智力竞赛等场合。

随着科技的不断进步,抢答器的功能和性能还可以进一步优化和升级,例如增加网络联动、手机App控制等功能,以适应不同场合和需求的应用。

总结基于单片机的8路抢答器的设计与实现是一项富有挑战性和创新性的工程项目,它能够充分发挥单片机技术在教育和娱乐领域的应用潜力,为人们提供了一种全新的互动方式。

未来,随着人工智能、物联网等新技术的不断发展,抢答器系统还将迎来更广阔的发展空间,为人们的生活带来更多乐趣和活力。

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(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 Ⅱ EP2C5T144 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。

基于单片机的8路抢答器简单设计

基于单片机的8路抢答器简单设计

基于单片机的8路抢答器简单设计
要设计一个基于单片机的8路抢答器,需要使用以下材料和工具:
1.单片机:使用AT89C52或AT89S52单片机。

2.显示屏:使用8位共阴极数码管进行显示。

3.按钮开关:使用8个按键来进行答题。

4.蜂鸣器:用于提示抢答成功或失败。

5.电源:使用12V直流电源供电。

6.电路板、电线、焊接工具等。

设计步骤:
1.通过AT89C52单片机的端口P1.0~P1.7来控制各个数码管的显示,并通过P
2.0~P2.7控制对应的按钮。

2.在程序中设定一个计数器,每当有一个用户答题成功后,计数器加一。

3.如果出现两个或以上的用户同时答对,由单片机判断并发出蜂鸣声提示。

4.根据计数器的值来确定当前的排名,并在数码管上进行显示。

5.当抢答结束后,将计数器清零,等待下一轮抢答。

6.设计完整的电路图,进行焊接和调试。

7.将电路板安装在合适的外壳内,添加电源等其他必要设备,完成8路抢答器的制作。

以上就是基于单片机的8路抢答器的简单设计步骤。

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基于FPGA的多路数字抢答器的设计摘要:本文主要介绍了以FPGA为基础的八路数字抢答器的设计,首先对各模块的功能进行分配,此次设计主要有七个模块,依次为分频模块、抢答模块、加减分模块、倒计时模块、设置倒计时模块、蜂鸣器模块和数字显示模块。

主持人按下开始键可以实现抢答开始,选手号的显示,加减分模块,积分的显示,积分的重置,并启动倒计时模块;若有选手犯规或者倒计时记到五秒,停止倒计时,开启蜂鸣器,并为进入加减分模块做准备。

此次设计程序用Quartus II12.0为软件开发平台,用Verilog语言来编写,使用模块化编程思想,自上向下,通过寄存器变量来控制各个模块的运行。

本次设计采用FPGA来增强时序的灵活性,由于FPGA的I/O端口资源丰富,可以在此基础上稍加修改可以增加很多其他功能的抢答器,因此后期可塑性很强,因为核心是FPGA芯片,外围电路比较简单,可靠性强、运算速度高,因此便于维护,并且维护费用低。

关键词:FPGA、抢答器、倒计时、犯规报警、加减分、显示目录第一章绪论................. . (2)第二章 FPGA原理及相关开发工具软件的介绍 (3)2.1 FPGA的简介..... . (3)2.1.1 FPGA的发展与趋势......... .. (3)2.1.2 FPGA的工作原理及基本特点 (4)2.1.3 FPGA的开发流程 (5)2.1.4 FPGA的配置... . (5)2.2 软件介绍............... .. (6)2.2.1 Verilog HDL的介绍........... .. (6)2.2.2 Quartus II软件.................... .. (7)第三章数字抢答器系统设计方案和主要模块 (8)3.1 功能描述及设计架构...... .. (8)3.2 抢答器程序流程图以及各模块代码分析 (10)3.2.1 抢答器程序结构及主程序流程图 (10)3.2.2 秒分频模块 (15)3.2.3 倒计时以及倒计时剩5S时报警模块...... 错误!未定义书签。

3.2.4 倒计时显示及倒数计时设置显示模块 (20)3.2.5 选手号显示及违规报警模块 (26)3.2.6倒计时设置模块 (30)3.2.7顶层模块 (35)3.3 硬件电路 (37)3.3.1 按键电路图 (38)3.3.2 数码管显示电路图 (38)3.3.2 蜂鸣器电路图 (39)第四章管脚分配及功能 (40)第五章总结 (41)参考文献 (418)第一章绪论1.1 课题研究背景随着社会的发展,各种竞赛比赛日益增多,抢答器以它的方便快捷、直观反映首先取得发言权的选手等优点,深受比赛各方的辛睐,市场前景一片大好。

另一方面随着电子科技的发展,抢答器的功能以及实现方式也越来越多,产品的可靠性以及准确性也越来越强。

能够实现多路抢答器功能的方式有很多种,主要包括前期的数字电路、模拟电路以及数字电路与模拟电路组合的方式,但是这种方式制作过程比较复杂,并且可靠性准确性不高,研发周期也比较长。

目前对于抢答器的功能描述,如涵盖抢答器、选手答题计时、限时抢答以及犯规组号抢答器具有抢答自锁,暂停复位、电子音乐报声、灯光指示、自动定时等功能,还有工作模式的切换和时间设定,对于这些随着科学技术的发展,肯定还要得到进一步的改进。

发展趋势一般都要趋向于智能化,并且设计更加合理化。

1.2 研究内容及意义通过抢答器的使用,可以在各类比赛中特别是抢答环节,直观明了的看出是哪一组抢到了题目,比起通过肉眼来判断,更加的精确,同时也少了不必要的纷争,使得比赛更加的公平、公开、公正。

抢答器的这些优点使得它在比赛中得以广泛的应用。

抢答器经过发展从最初的只有几个三极管、可控硅、发光管等组成,能通过发光管的指示辨认出选手号码;到现在使用高速处理芯片和集成数字电路;从起初单片机到现在的ARM 和FPGA,技术手段进一步成熟,同时技术的发展也为抢答器增加了很多更加贴近比赛的新功能,如选手号码显示、倒计时、选手得分显示等等。

这类抢答器制作并不复杂,但是准确度和可靠性都比较可观,并且易于安装和维护。

第二章 FPGA原理及相关开发工具软件的介绍2.1 FPGA的简介2.1.1 FPGA的发展与趋势现场可编程门阵列FPGA(Field-Programmable Gate Array),它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

目前以硬件描述语言(Verilog 或 VHDL)所完成的电路设计,可以经过简单的综合与布局,快速的烧录至 FPGA 上进行测试,是现代 IC 设计验证的技术主流。

这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。

在大多数的FPGA里面,这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip-flop)或者其他更加完整的记忆块。

系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA 内部的逻辑块连接起来,就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。

一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变,所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

FPGA一般来说比ASIC(专用集成芯片)的速度要慢,无法完成复杂的设计,而且消耗更多的电能。

但是他们也有很多的优点比如可以快速成品,可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。

厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。

因为这些芯片有比较差的可编辑能力,所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的,然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。

另外一种方法是用CPLD(复杂可编程逻辑器件备)。

2.1.2 FPGA的工作原理及基本特点FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个概念,内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输出输入模块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。

FPGA的基本特点主要有:1)采用FPGA设计ASIC电路,用户不需要投片生产,就能得到合用的芯片。

2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

3)FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。

4)FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

5) FPGA采用高速CHMOS工艺,功耗低,可以与CMOS、TTL电平兼容。

可以说,FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。

FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的,因此,工作时需要对片内的RAM进行编程。

用户可以根据不同的配置模式,采用不同的编程方式。

加电时,FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中,配置完成后,FPGA 进入工作状态。

掉电后,FPGA恢复成白片,内部逻辑关系消失,因此,FPGA能够反复使用。

FPGA的编程无须专用的FPGA编程器,只须用通用的EPROM、PROM 编程器即可。

当需要修改FPGA功能时,只需换一片EPROM即可。

这样,同一片FPGA,不同的编程数据,可以产生不同的电路功能。

因此,FPGA的使用非常灵活。

2.1.3 FPGA的开发流程FPGA开发流程可以分为如下几步:①设计输入,设计输入主要包括原理图输入、状态图输入、波形图输入以及某种硬件描述语言,比如说是Verilog、VHDL的源程序(此次设计主要是使用Verilog)。

它是利用这些输入去描述一个电路的功能。

②功能仿真,功能仿真就是利用相关仿真工具对相关电路进行功能仿真,也就是对你的输入设计的逻辑功能进行相关的模拟测试。

从功能上来了解电路是否能够达到预期要求。

这里的功能仿真纯粹是模拟性质的,不会设计的任何具体器件的硬件特性。

③综合,综合就是行为或者功能层次表达的电子系统转换成低层次门级电路的网表。

④布局布线,就是将综合后的网表文件针对某一个具体的目标器件进行逻辑映射。

此时应该使用FPGA厂商提供的实现与布局布线工具,根据所选芯片的型号,进行芯片内部功能单元的实际连接与映射。

⑤时序验证,就是要使得时序仿真过程中,建立与保持时间要符合相关的制约,以便数据能被正确的传输。

使仿真既包含门延时,又包含线延时信息。

能较好地反映芯片的实际工作情况。

⑥生成SOF等文件,此文件可以通过调试器把它下载到系统中间去。

而FPGA 设计流程的其他步骤基本上由相关工具去完成,因此只要自己设置好相关参数,不要人为干预太多。

而验证的话就需要用户花费大量的时间去完成。

2.1.4 FPGA的配置FPGA有多种配置模式:并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式;主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA;串行模式可以采用串行PROM编程FPGA;外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设,由微处理器对其编程。

如何实现快速的时序收敛、降低功耗和成本、优化时钟管理并降低FPGA与PCB并行设计的复杂性等问题,一直是采用FPGA的系统设计工程师需要考虑的关键问题。

如今,随着FPGA向更高密度、更大容量、更低功耗和集成更多IP的方向发展,系统设计工程师在从这些优异性能获益的同时,不得不面对由于FPGA前所未有的性能和能力水平而带来的新的设计挑战。

例如,领先FPGA厂商Xilinx 最近推出的Virtex-5系列采用65nm工艺,可提供高达33万个逻辑单元、1,200个I/O和大量硬IP块。

超大容量和密度使复杂的布线变得更加不可预测,由此带来更严重的时序收敛问题。

此外,针对不同应用而集成的更多数量的逻辑功能、DSP、嵌入式处理和接口模块,也让时钟管理和电压分配问题变得更加困难。

幸运地是,FPGA厂商、EDA工具供应商正在通力合作解决65nm FPGA独特的设计挑战。

不久以前,Synplicity与Xilinx宣布成立超大容量时序收敛联合工作小组,旨在最大程度地帮助系统设计工程师以更快、更高效的方式应用65nm FPGA器件。

设计软件供应商Magma推出的综合工具Blast FPGA能帮助建立优化的布局,加快时序的收敛。

最近FPGA的配置方式已经多元化!FPGA主要生产厂商:1、Altera2、Xilinx3、Actel4、Lattice其中Altera和Xilinx主要生产一般用途FPGA,其主要产品采用RAM工艺。

Actel主要提供非易失性FPGA,产品主要基于反熔丝工艺和FLASH工艺。

2.2 软件介绍2.2.1 Verilog HDL的介绍Verilog HDL是在1983年有GDA(GateWay Design Automation)公司首创的一种硬件描述语言,用于数字电子系统设计。

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