數(shù)字競賽搶答器課程設(shè)計Verilog語言實現(xiàn)

1、 可編程器件與應(yīng)用課程設(shè)計報告姓 名： XXX 學 號： XXXXXXXXXX 專業(yè)班級： 信息XXX 題 目： 數(shù)字式競賽搶答器 指導老師： 5一、緒論背景：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯器件（PLD）的出現(xiàn)，使得電子系統(tǒng)的設(shè)計者利用EDA（電子設(shè)計自動化）軟件，就可以獨立設(shè)計自己的專用集成電路（ASIC）器件?？删幊踢壿嬈骷且环N半導體集成器件的半成品。在可編程邏輯器件的芯片中按一定方式（陣列形式或單元陣列形式）制作了大量的門、觸發(fā)器等基本邏輯器件，對這些基本器件適當?shù)剡B接，就可以完成某個電路或系統(tǒng)的功能。 數(shù)字式競賽搶答器控制系統(tǒng)是工廠、學校和電視臺等單位舉辦各種智力競賽等娛樂活動中經(jīng)常

2、使用的重要基礎(chǔ)設(shè)備之一。目前設(shè)計搶答器的方法很多，例如用傳統(tǒng)的PCB板設(shè)計、用PIC設(shè)計或者用單片機設(shè)計。而用Verilog可以更加快速、靈活地設(shè)計出符合各種要求的搶答器，優(yōu)于其他設(shè)計方法，使設(shè)計過程達到高度自動化。本文介紹的4路數(shù)字式競賽搶答器基于Verilog語言、以EDA技術(shù)作為開發(fā)手段、采用CPLD（復雜的可編程邏輯器件）作為控制核心設(shè)計而成。與傳統(tǒng)設(shè)計相比較，不僅簡化了接口和控制，也提高了系統(tǒng)的整體性能和工作可靠性，具有電路簡單、成本低廉、操作方便、靈敏可靠等優(yōu)點。意義： 數(shù)字式競賽搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合，但目前所使用的搶答器存在分立元件使用較多

3、，造成每路的成本偏高，而現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展要求電子電路朝數(shù)字化、集成化方向發(fā)展，因此設(shè)計出數(shù)字化全集成電路的多路搶答器是現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的要求。二、實現(xiàn)方案設(shè)計要求：1、設(shè)計一個可容納4組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)一個按鈕，供搶答使用。2、搶答器具有第一信號鑒別和鎖存功能，使除第一搶答者外的按鈕不起作用。3、設(shè)置一個主持人“復位”按鈕。4、主持人復位后，開始搶答，第一信號鑒別鎖存電路得到信號后，有指示燈顯示搶答組別，揚聲器發(fā)出23秒的音響。5、設(shè)置一個計分電路，每組開始預(yù)置5分，由主持人記分，答對一次加1分，答錯一次減1分。6、設(shè)置犯規(guī)電路，對超時答題（例如1分鐘）的組別鳴笛示警，并由組別顯示

4、電路顯示出犯規(guī)組別，該輪該選手退出，由裁判員重新發(fā)令，其他人再搶答。設(shè)計方案：此設(shè)計問題可分為第一信號鑒別、鎖存模塊，答題計時電路模塊，計分電路模塊和掃描顯示模塊四部分。第一信號鑒別鎖存模塊的關(guān)鍵是準確判斷出第一搶答者并將其鎖存，在得到第一信號后，將輸入端封鎖，使其他組的搶答信號無效，可以用觸發(fā)器或鎖存器實現(xiàn)。設(shè)置搶答按鈕K1、K2、K3、K4，主持人復位信號judge，蜂鳴器驅(qū)動信號buzzout。judge=0時，第一信號鑒別、鎖存電路、答題計時電路復位，在此狀態(tài)下，若有搶答按鈕按下，鳴笛示警并顯示犯規(guī)組別；judge=1時，開始搶答，由第一信號鑒別鎖存電路形成第一搶答信號，進行組別顯示，

5、控制蜂鳴器發(fā)出聲響，并啟動答題計時電路，若計時時間到，主持人復位信號還沒有按下，則由蜂鳴器發(fā)出犯規(guī)示警聲。計分電路是一個相對獨立的模塊，采用十進制加/減計數(shù)器、數(shù)碼管數(shù)碼掃描顯示，設(shè)置復位信號Reset、加減分信號add_min，加減分狀態(tài)鍵key_state，Reset=0時所有得分回到起始分（5分），且加、減分信號無效；Reset=1時，由第一信號鑒別、鎖存電路的輸出信號選擇進行加減分的組別，當key_state=1時，按一次add_min，第一搶答組加1分；當key_state=0時，每按一次add_min，則減1分。以下為每個模塊的設(shè)計過程。三、程序及仿真/*頂層模塊信號定義：clk:

6、基準時鐘輸入信號；k1,k2,k3,k4：搶答按鈕輸入信號;seg:數(shù)碼管段輸出引腳；sl:數(shù)碼管位輸出引腳；add_min:加減分按鍵；key_state:加減分模式選擇按鍵；reset:初始5分設(shè)置鍵信號；judge:裁判員搶答開始鍵信號；o5：超時信號；o1、o2、o3、o4：搶答組別LED顯示輸出信號；buzz:示警輸出信號；*/moduleqiangdaqi(clk,k1,k2,k3,k4,seg,sl,add_min,key_state,reset,judge,o1,o2,o3,o4,o5,buzz,vg,sel);input clk,k1,k2,k3,k4,add_min,key

7、_state,reset,judge;output7:0 seg; output3:0 sl; output reg sel; output o1,o2,o3,o4,o5,vg; output buzz; reg 3:0 vg=0010; wire o1,o2,o3,o4; wire3:0 s1,s2,s3,s4; /* 模塊引用 */sel Q1(clk,k1,k2,k3,k4,judge,o1,o2,o3,o4,o5,buzz);/調(diào)用搶答信號鎖存顯示電路count Q2(clk,o1,o2,o3,o4,add_min,key_state,reset,s1,s2,s3,s4);/調(diào)用計分電

8、路dled Q3(seg,sl,s1,s2,s3,s4,clk);/調(diào)用數(shù)碼管顯示電路endmodule/*信號鎖存電路信號定義：CLK：時鐘信號；K1、K2、K3、K4、K5、K6：搶答按鈕信號；out1、out2、out3、out4、out5、out6：搶答LED顯示信號；judge:裁判員搶答開始信號；buzzout:示警輸出信號；flag:答題是否超時的標志；*/module sel(clk,k1,k2,k3,k4,judge,out1,out2,out3,out4,out5,buzzout);input clk,k1,k2,k3,k4,judge; output out1,out2,

9、out3,out4,out5,buzzout;reg out1,out2,out3,out4,out5,block,buzzout; reg32:0 count; reg27:0 counter; reg flag;always(posedge clk )begincounter=counter+1; /裁判員發(fā)開始搶答信號，初始指示燈滅，蜂鳴器禁聲if(!judge) begin out1,out2,out3,out4,out5,block<=6'b111110;count=0; flag=0; endelse begin if(!k1)/第一組別按鍵是否按下begin if(

10、!block)begin out1=0;/點亮第一組別指示燈block=1;/封鎖別組搶答信號count=1;/第一組已按下按鈕，可啟動答題計時器end endelse if(!k2)/第二組別按鍵是否按下begin if(!block)begin out2=0; block=1;count=1; endendelse if(!k3)/第三組別按鍵是否按下begin if(!block)begin out3=0; block=1; count=1; endendelse if(!k4) /第四組別按鍵是否按下begin if(!block)begin out4=0; block=1; coun

11、t=1; endendend /*答題計時開始，并判斷是否答題超時*/if(count!=0)begin if(count=32'hc11e7a00) /如果答題時間到了1分鐘，亮犯規(guī)燈begin count=0; out5<=0; flag=1'b1; endelse begin count=count+1; endendend /蜂鳴器發(fā)聲always(counter7)if(flag=1) buzzout=!(counter11&counter22&counter27);else buzzout=1'b0;endmodule/*去鍵盤抖動信號

12、定義： clkin:基準時鐘輸入信號；clkout:周期為20ms的信號輸出；*/modulef_1M(clkin,clkout);Input clkin; output clkout;regclkout; reg18:0count;always(negedgeclkin)if(count=19'd500000)begin count<=19'd000000; clkout<=clkout; endelse count<=count+1'b1;endmodule/*計分電路信號定義：clk:時鐘信號；c1,c2,c3,c4:搶答組別輸入信號；add_m

13、in:加減分按鈕；key_state:加減分標志按鈕；reset:初始5分設(shè)置信號；count1:第一組得分輸出；count2:第二組得分輸出；count3:第三組得分輸出；count4:第四組得分輸出；*/module count(clk,c1,c2,c3,c4,add_min,key_state,reset,count1,count2,count3,count4);input clk,c1,c2,c3,c4,add_min,key_state,reset; output3:0 count1,count2,count3,count4;reg3:0 count1,count2,count3,c

14、ount4; wire clk0; regkeyout;f_1Mf_1Ma(clk,clk0); /引用獲得20毫秒的子模塊always(negedge clk0)keyout=add_min;always(posedge keyout)/根據(jù)相應(yīng)組別加減分begin if(!reset) /初始化各組的起始分數(shù)count1,count2,count3,count4=16'h5555;if(!key_state) / key_state為低電平，選組別減分模式begin if(!c1)/第一組別減1分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count1!=4'b0000

15、) count1=count1-1; endif(!c2)/第二組別減1分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count2!=4'b0000) count2=count2-1; endif(!c3)/第三組別減1分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count3!=4'b0000) count3=count3-1; endif(!c4)/第四組別減1分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count4!=4'b0000) count4=count4-1; endend else/ key_state為高電平，選組別加分模式begin i

16、f(!c1)/第一組別加分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count1>9) count1=0;else count1=count1+1; endif(!c2)/第二組別加分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count2>9) count2=0;else count2=count2+1; endif(!c3)/第三組別加分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count3>9) count3=0;else count3=count3+1; endif(!c4)/第四組別加分，最高分為10分，最低分為0分begin if(count4&g

17、t;9) count4=0;else count4=count4+1; end end endendmodule/*數(shù)碼管顯示電路信號定義：clk:時鐘信號；seg:數(shù)碼管段輸出引腳；sl:數(shù)碼管位輸出引腳；score1:第一組得分輸入；score2:第二組得分輸入；score3:第三組得分輸入；score4:第四組得分輸入；*/module dled (seg,sl,score1,score2,score3,score4,clk,vg);output7:0 seg; output3:0 sl;output reg 3:0 vg=0010;input clk; input3:0 score1,

18、score2,score3,score4;reg7:0 seg_reg;/定義數(shù)碼管段輸出寄存器reg3:0 sl_reg;/定義數(shù)碼管位輸出寄存器reg3:0 disp_dat;/定義顯示數(shù)據(jù)寄存器reg16:0 count;/定義計數(shù)器寄存器always(posedge clk)/定義clock信號上升沿觸發(fā)begin count=count+1;/計數(shù)器值加1endalways(count14:13)/定義顯示數(shù)據(jù)觸發(fā)事件begin case(count14:13)/選擇掃描顯示數(shù)據(jù)2'h0:disp_dat=score1;/在個位數(shù)碼管上顯示第一組別的分數(shù)值2'h1:d

19、isp_dat=score2;/在十位數(shù)碼管上顯示第二組別的分數(shù)值2'h2:disp_dat=score3;/在百位數(shù)碼管上顯示第三組別的分數(shù)值2'h3:disp_dat=score4;/在千位數(shù)碼管上顯示第四組別的分數(shù)值endcasecase(count14:13)/選擇數(shù)碼管顯示位2'h0:sl_reg=4'b1110;/選擇個位數(shù)碼管2'h1:sl_reg =4'b1101;/選擇十位數(shù)碼管2'h2:sl_reg =4'b1011;/選擇百位數(shù)碼管2'h3:sl_reg =4'b0111;/選擇千位數(shù)碼管en

20、dcase endalways(disp_dat)/顯示數(shù)據(jù)的解碼過程begincase(disp_dat)4'h0:seg_reg=8'h3f;/顯示數(shù)據(jù)04'h1:seg_reg=8'h06;/顯示數(shù)據(jù)14'h2:seg_reg=8'h5b;/顯示數(shù)據(jù)24'h3:seg_reg=8'h4f;/顯示數(shù)據(jù)34'h4:seg_reg=8'h66;/顯示數(shù)據(jù)44'h5:seg_reg=8'h6d;/顯示數(shù)據(jù)54'h6:seg_reg=8'h7d;/顯示數(shù)據(jù)64'h7:seg_reg=8'h07;/顯示數(shù)據(jù)74'h8:seg_reg=8'h7f;/顯示數(shù)據(jù)84'h9:seg_reg=8'h6f;/顯示數(shù)據(jù)94'ha:seg_reg=8'h77;/顯示數(shù)據(jù)a4'hb:seg_reg=8'h7c;/顯示數(shù)據(jù)b4'hc:seg_reg=8'h39;/顯示數(shù)據(jù)c4'hd:seg_reg=8'h51;/顯示數(shù)據(jù)d4'he:seg_reg=8'h79;/顯示數(shù)據(jù)e4'hf:seg_reg=8