EDA课程设计——数字抢答器.docVIP

数字式竞赛抢答器 设计要求 1、设计一个可容纳4组参赛的数字式抢答器，每组设一个按钮，供抢答使用。 2、抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能，使除第一抢答者外的按钮不起作用。 3、设置一个主持人“复位”按钮。 4、主持人复位后，开始抢答，第一信号鉴别锁存电路得到信号后，有指示灯显示抢答组别，扬声器发出 2~3 秒的音响。 5、设置一个计分电路，每组开始预置 100 分，由主持人记分，答对一次加 10 分，答错一次减 10 分。 1、总体方案设计原理及分析 1.1、方案原理 按照设计要求，设计一个4组参赛的抢答器，所以这种抢答器要求有四路不同组别的抢答输入信号，并能识别最先抢答的信号，直观地通过数码显示和蜂鸣报警等方式提示主持人并显示出组别；同时该系统还应有复位功能。主持人按下系统复位键（RST），系统进入抢答状态，计分模块输出初始信号给数码显示模块并显示出初始值。当某参赛组抢先将抢答键按下时，系统将其余三路抢答信号封锁，同时扬声器发出2-3秒的声音提示，组别显示模块送出信号给数码显示模块，从而显示出该抢答成功组台号，并一直保持到下一轮主持人将系统清零为止。主持人对抢答结果进行确认，随后，计时模块送出倒计时计数允许信号，开始回答问题，计时显示器则从初始值开始以计时，在规定的时间内根据答题的正误来确定加分或减分，并通过数码显示模块将成绩显示出来。计时至0时，停止计时，扬声器发出超时报警信号，以中止未回答完问题。当主持人给出倒计时停止信号时，扬声器停止鸣叫。若参赛者在规定时间内回答完为题，主持人可给出倒计时计数停止信号，以免扬声器鸣叫。主持人按下复位键，即RST为高电平有效状态，清除前一次的抢答组别，又可开始新的一轮的抢答。 此抢答器的设计中采用自顶向下的设计思路，运用VHDL硬件描述语言对各个模块进行层次化、系统化的描述，并且先设计一个顶层文件，再把各个模块连接起来。 1.2、方案设计框图 主持人控制开关 主持人控制开关 抢答按钮 控制电路 优先编码 锁存器 报警电路 译码电路 显示电路 预制 计分电路 译码电路 显示电路 主电路 扩展功能电路 图1 方案系统结构图 1.3、方案各路功能分析 此方案是由主体电路和扩展电路两部分构成，整个系统包括这样几个主要模块：抢答鉴别模块、抢答计时模块、抢答计分模块、译码显示模块、报警模块。 主体电路完成基本的抢答功能，接通电源时，主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯；抢答开始时，主持人将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。然后由译码显示电路显示编号，扬声器发出短暂声响，提醒主持人注意。 扩展电路完成各选手的得分显示以及报警功能。选手回答问题完毕，主持人操作计分开关，计分电路采用十进制加/减计数器、数码管显示。本轮抢答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。 系统的输入信号有：各组的抢答按钮s0、s1、s2、s3。系统清零信号CLR，系统时钟信号CLK，复位信号RST，加分按钮端ADD，计时中止信号stop；计时十位和个位信号tb，ta。；系统的输出信号有：四个组抢答状态的显示LEDx（x表示参赛者的编号），四个组抢答时的计时数码显示控制信号若干，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。 2、主要模块设计 2.1、抢答鉴别模块 在这个模块中主要实现抢答过程中的抢答鉴别功能。其电路框图如下。其中，rst为复位信号，当该信号高电平有效时，电路无论处于何种状态都恢复为初始状态，即所有的输出信号都为0；EN为抢答使能信号，该信号高电平有效；s0、s1、s2、s3为抢答按钮，高电平时有效。当使能信号EN为低电平时，如果有参赛者按下按钮，则提前抢答报警信号FALSE[3..0]的对应位输出高电平，以示警告；当EN为高电平时，首先将提前抢答报警信号FALSE[3..0]复位清0，然后根据选手按下抢答按钮的先后顺序选择最先抢答的信号，其对应的抢答状态显示信号LEDA~LEDD输出高电平，抢答成功组别编号由信号states输出，并锁存抢答器此时的状态，直到清0信号有效为止。在每一轮新的抢答之前，都要使用复位清零信号rst，清除上一轮抢答对判断电路留下的使用痕迹，使电路恢复初始状态。 图2 抢答鉴别模块框图 2.2、计时模块 在这个模块中主要实现抢答过程中的计时功能，在有组别抢答后开始倒计时，若在规定时间没人回答，则超时报警。其中有系统复位信号rst；抢答使能信号s；无人抢答警报信号warn；计时中止信号stop；计时十位和个位信号tb，ta。