FPGA设计报告

上海电力学院

课程设计报告

课程设计名称：FPGA设计实践

设计课题名称：抢答器设计

班级：2007141 指导老师：赵倩、叶波姓名：高文飞学号：20072672 成绩：设计时间：19周设计地点：集成电路设计实验室

计算机信息与工程学院

抢答器设计报告

一、设计目的：

本课程的授课对象是电子科学与技术专业本科生，是电子类专业的一门重要的实践课程，是理论与实践相结合的重要环节。

本课程有助于培养学生的数字电路设计方法、掌握模块划分、工程设计思想与电路调试能力，为以后从事各种电路设计、制作与调试工作打下坚实的基础

二、实验器材和工具软件：

PC机一台、QuartusII软件、DE2板。

三、设计内容：

(1)抢答器可容纳四组12位选手，每组设置三个抢答按钮供选手使用。

(2)电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，蜂鸣器提示抢答开始，时显示器显示初始时间并开始倒计时，若参赛选手按抢答按钮，则该组指示灯亮并用组别显示器显示选手的组别，同时蜂鸣器发出“嘀嘟”的双音频声。此时，电路具备自锁功能，使其它抢答按钮不起作用。

(3)如果无人抢答，计时器倒计时到零，蜂鸣器有抢答失败提示，主持人可以按复位键，开始新一轮的抢答。

(4)设置犯规功能。选手在主持人按开始键之前抢答，则认为犯规，犯规指示灯亮和显示出犯规组号，且蜂鸣器报警，主持人可以终止抢答执行相应惩罚。

(5)抢答器设置抢答时间选择功能。为适应多种抢答需要，系统设

有10秒、15秒、20秒和3O秒四种抢答时间选择功能。

四、设计具体步骤：

首先把系统划分为组别判断电路模块groupslct，犯规判别与抢答信号判别电路模块fgqd，分频电路模块fpq1，倒计时控制电路模块djs，显示时间译码电路模块num_7seg模块，组别显示模块showgroup 模块这六个模块，各模块设计完成后，用电路原理图方法将各模块连接构成系统。

各模块功能及代码：

1、组别判别模块

（1）功能：可容纳四组12位选手，每组设置三个抢答按钮供选手使用。若参赛选手按抢答按钮，则输出选手的组别。此时，电路具备自锁功能，使其它抢答按钮不起作用。

（2）原理：在每次时钟（50MHz）上升沿时判断按键，将按下按键的组别赋给一内部信号“h”（没有按键按下时h=“0000”），由于人的反应速度远远小于50MHz，所以可选出最先按下按键的那组。

当复位键按下时（clr=‘1’）输出g=“0000”并且将另一内部信号rst 置1。当复位后（rst=‘1’）有按键按下时将h的值给输出信号g，并且将标志信号rst清零。这样就实现最快按键组别的输出与组别锁存功能。

（3）程序代码：

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity groupslct is

port(

clock,clr:in std_logic;

a,b,c,d:in std_logic_vector(2 downto 0);

g:out std_logic_vector(3 downto 0)

);

end groupslct;

architecture behave_groupslct of groupslct is

signal h : std_logic_vector(3 downto 0);

signal rst : std_logic;

begin

h<="0000" when (a="000" and b="000" and c="000" and d="000") else

"0001" when (a/="000" and b="000" and c="000" and d="000") else

"0010" when (a="000" and b/="000" and c="000" and d="000") else

"0100" when (a="000" and b="000" and c/="000" and d="000") else

"1000" when (a="000" and b="000" and c="000" and d/="000") else

"0000";

process

begin

wait on clock until rising_edge(clock);

if clr='1' then

rst<='1';

g<="0000";

end if;

if h/="0000" then

if rst='1' then

g<=h;

rst<='0';

end if;

end if;

end process;

end behave_groupslct;

2、犯规判别与抢答信号判别模块

（1）功能：若参赛选手在主持人按开始键之后按抢答按钮，则使该组指示灯亮并输出选手的组别，同时蜂鸣器发出响声。

选手在主持人按开始键之前抢答，则认为犯规，犯规指示灯亮并输出犯规组号，且蜂鸣器报警。

（2）原理：c[3..0]接组别判别模块的g[3..0]，即此时c为按键组别的信息。go接主持人的“开始”按键。由于无论是在正常情况还是犯规情况下按下按键，都必须显示按键的组别且蜂鸣器响，所以将c的值给hex以输出按键组别，且在有按键按下（c/="0000"）时输出fm为‘1’，否则为‘0’。若在开始之前有按键按下时，即go='0'且c/="0000"，输出ledfg为‘1’，否则为‘0’。若在开始之后有按键按下，将c的值给led，使该组指示灯亮，开始之前led输出“0000”。

（3）程序代码：

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;