基于VHDL語(yǔ)言的四位搶答器

四位VHDL搶答器一、設(shè)計(jì)理念：1.1需要設(shè)計(jì)的是四名選手的搶答過(guò)程所用到的搶答器，分別用S0～S3四個(gè)按鈕表示。1.2設(shè)置一個(gè)由主持人控制的“復(fù)位〞開(kāi)關(guān)S，按下此開(kāi)關(guān)后以前的狀態(tài)復(fù)位并且重新開(kāi)始計(jì)時(shí)搶答。1.3搶答器具有鎖存與顯示功能。選手按動(dòng)自己相應(yīng)的搶答按鈕，系統(tǒng)鎖存對(duì)應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示出來(lái)。同時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出提示音。鎖存器實(shí)行優(yōu)先鎖存，因此，最先按動(dòng)搶答按鈕的選手編號(hào)將被顯示，一直到主持人按下復(fù)位開(kāi)關(guān)去除為止。1.4搶答器規(guī)定在一定時(shí)間內(nèi)搶答，暫定為0-99s，當(dāng)主持人按下復(fù)位開(kāi)關(guān)后開(kāi)始計(jì)時(shí)。1.5假設(shè)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)人搶答，揚(yáng)聲器發(fā)出提示音并停止搶答過(guò)程，此時(shí)定時(shí)顯示器上顯示00。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容2.1系統(tǒng)大致過(guò)程分析搶答器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為搶答鑒別lock模塊、定時(shí)模塊、譯碼模塊和報(bào)警器模塊。搶答器各步驟中最關(guān)鍵的是鎖存，在選手按下?lián)尨鹌鞯耐瑫r(shí)，LED數(shù)碼管上將顯示計(jì)時(shí)器的剩余有效時(shí)間〔個(gè)位和十位〕和選手號(hào)。他們輸出全都為BCD碼輸出，這樣便于和顯示譯碼器連接除此之外，整個(gè)搶答器還需有一個(gè)“復(fù)位開(kāi)始〞信號(hào)，以便搶答器能實(shí)現(xiàn)清零和開(kāi)始。。當(dāng)主持人按下控制鍵、選手按下?lián)尨疰I蜂鳴器短暫響起。2.2方案設(shè)計(jì)1〕搶答鑒別lock模塊：這個(gè)模塊就是起到搶答過(guò)程中的搶答功能。模塊中的輸入端除了四個(gè)搶答輸入信號(hào)〔S0,S1,S2,S3〕、時(shí)鐘信號(hào)CLK和公用的時(shí)間控制系統(tǒng)的復(fù)位端外，還有一個(gè)以時(shí)間控制系統(tǒng)的警報(bào)〔WARN〕輸出信號(hào)為信號(hào)源的WARN輸入。其中時(shí)鐘信號(hào)是個(gè)高頻信號(hào)，用來(lái)掃描S0,S1,S2,S3是否有信號(hào)輸入。輸出端有對(duì)應(yīng)于4位選手編號(hào)的LED指示燈和用來(lái)鎖存當(dāng)前狀態(tài)的4線2進(jìn)制輸出端外，還有一個(gè)STOP端用來(lái)指示S0,S1,S2,S3按鈕狀態(tài)〔控制計(jì)時(shí)器停止〕。這個(gè)模塊中一直作用的是高頻時(shí)鐘信號(hào)，主持人按下復(fù)位鍵，所以輸出端都清零，搶答開(kāi)始，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。在有效時(shí)間內(nèi)假設(shè)有選手按下?lián)尨疰I，STOP就有就發(fā)出高電平到時(shí)間控制系統(tǒng)的STOP端，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。按下?lián)尨疰I的選手對(duì)應(yīng)的指示燈亮，鎖存器輸出到譯碼顯示模塊，顯示優(yōu)先搶答人的編號(hào)，同時(shí)鎖定輸入端S，阻止系統(tǒng)響應(yīng)其他搶答者的信號(hào)。如果有效時(shí)間內(nèi)無(wú)人搶答，計(jì)時(shí)模塊發(fā)出報(bào)警提示音，并反應(yīng)給搶答鑒別模塊以禁止選手搶答。2〕定時(shí)模塊：定時(shí)模塊的輸入端包括時(shí)鐘信號(hào)CLK1、系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)CLEAR和一個(gè)STOP輸入信號(hào)；輸出端時(shí)間狀態(tài)顯示信號(hào)高位HIGH和低位LOW，無(wú)人搶答時(shí)計(jì)時(shí)中止警報(bào)信號(hào)WARN。模塊主要實(shí)現(xiàn)搶答過(guò)程中的計(jì)時(shí)功能，搶答開(kāi)始后計(jì)時(shí)，N秒有效時(shí)間內(nèi)假設(shè)無(wú)人搶答，顯示超時(shí)，并輸出信號(hào)至WARN報(bào)警。假設(shè)計(jì)時(shí)N秒內(nèi)有人搶答那么由鑒別模塊輸出STOP信號(hào)停止計(jì)時(shí)，顯示出搶答者的按搶答器的時(shí)間，同時(shí)輸出一個(gè)信號(hào)經(jīng)WARN傳到搶答鑒別系統(tǒng)，鎖存不讓其他選手搶答。3〕譯碼模塊：將搶答過(guò)程中鎖存的BCD碼轉(zhuǎn)換成7段碼，并且用LED顯示。4〕報(bào)警器模塊：報(bào)警器模塊主要實(shí)現(xiàn)搶答過(guò)程中的報(bào)警功能，當(dāng)主持人按下復(fù)位鍵，有效時(shí)間內(nèi)有人搶答或是計(jì)時(shí)已滿無(wú)人搶答之后蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警，輸出SOUND有效電平為高電平.三、設(shè)計(jì)步驟及數(shù)據(jù)3.1各單元電路軟件設(shè)計(jì)1〕搶答器鑒別模塊VHDL程序及模塊：在這個(gè)模塊中主要實(shí)現(xiàn)搶答過(guò)程中的搶答功能，并且能實(shí)現(xiàn)當(dāng)有一路搶答按鍵按下時(shí)，該路搶答信號(hào)將其余個(gè)綠搶答封鎖的功能。在這個(gè)模塊輸入端有WARN輸入(以時(shí)間控制系統(tǒng)的WARN輸出信號(hào)為信號(hào)源)、一個(gè)和“時(shí)間控制系統(tǒng)〞公用的CLEAR端、4人搶答輸入信號(hào)端S0,S1,S2,S3和有一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)端CLK，這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)是個(gè)高頻信號(hào)，用以掃描S0，S1，S2，S3是否有信號(hào)輸入。輸出端有對(duì)應(yīng)于S0，S1，S2，S3編號(hào)的4個(gè)指示燈LED和4線2進(jìn)制輸出端STATES〔用于鎖存當(dāng)前的狀態(tài)〕，還有一個(gè)STOP端用于指示S0,S1,S2,S3按鈕狀態(tài)〔控制計(jì)時(shí)器停止〕。LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYLOCKISPORT(CLK,CLEAR:INSTD_LOGIC;WARN:INSTD_LOGIC;S0,S1,S2,S3:INSTD_LOGIC;STATES:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);STOP:OUTSTD_LOGIC;LED:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));ENDLOCK;ARCHITECTUREONEOFLOCKISSIGNALG:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);BEGINPROCESS(CLEAR,CLK,S0,S1,S2,S3)BEGINIFCLEAR='1'THENG<="0000";LED<="0000";STOP<='0';ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENIFWARN='0'THENIF(S3='1')ANDNOT(G(0)='1'ORG(1)='1'ORG(2)='1')THENG(3)<='1';LED(3)<='1';ELSIF(S2='1')ANDNOT(G(0)='1'ORG(1)='1'ORG(3)='1')THENG(2)<='1';LED(2)<='1';ELSIF(S1='1')ANDNOT(G(0)='1'ORG(2)='1'ORG(3)='1')THENG(1)<='1';LED(2)<='1';ELSIF(S0='1')ANDNOT(G(1)='1'ORG(2)='1'ORG(3)='1')THENG(0)<='1';LED(3)<='1';ENDIF;STOP<=G(0)ORG(1)ORG(2)ORG(3);ENDIF;ENDIF;CASEGISWHEN"0001"=>STATES<="0001";WHEN"0010"=>STATES<="0010";WHEN"0100"=>STATES<="0011";WHEN"1000"=>STATES<="0100";WHENOTHERS=>STATES<="0000";ENDCASE;ENDPROCESS;ENDARCHITECTUREONE;2〕譯碼模塊VHDL程序及模塊：將搶答過(guò)程中鎖存的BCD碼轉(zhuǎn)換成7段碼用于LED的顯示。LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYCODEISPORT(INSTATES:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);QOUT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0));ENDCODE;ARCHITECTURETWOOFCODEISBEGINPROCESS(INSTATES)BEGINCASEINSTATESISWHEN"0000"=>QOUT<="0111111";WHEN"0001"=>QOUT<="0000110";WHEN"0010"=>QOUT<="1011011";WHEN"0011"=>QOUT<="1001111";WHEN"0100"=>QOUT<="1100110";WHEN"0101"=>QOUT<="1101101";WHEN"0110"=>QOUT<="1111101";WHEN"0111"=>QOUT<="0000111";WHEN"1000"=>QOUT<="1111111";WHEN"1001"=>QOUT<="1101111";WHENOTHERS=>QOUT<="0000000";ENDCASE;ENDPROCESS;ENDARCHITECTURETWO;3〕定時(shí)模塊VHDL程序及模塊：定時(shí)模塊的輸入端有時(shí)鐘信號(hào)CLK、系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)CLEAR和一個(gè)STOP輸入信號(hào)；輸出端有秒時(shí)間狀態(tài)顯示信號(hào)高位HIGH和低位LOW，無(wú)人搶答時(shí)計(jì)時(shí)中止警報(bào)信號(hào)WARN。這個(gè)模塊中主要實(shí)現(xiàn)搶答過(guò)程中的計(jì)時(shí)功能，在搶答開(kāi)始后進(jìn)行N秒的倒計(jì)時(shí)，并且在N秒倒計(jì)時(shí)后無(wú)人搶答的情況下顯示超時(shí)并輸出信號(hào)至WARN報(bào)警，或者只要N秒內(nèi)有人搶答，由搶答鑒別模塊輸出的STOP信號(hào)控制停止計(jì)時(shí)，并顯示優(yōu)先搶答者的搶答時(shí)刻，輸出一個(gè)信號(hào)經(jīng)WARN傳至“搶答鑒別系統(tǒng)〞，鎖存不再讓選手搶答。LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYCOUNTISPORT(CLK,CLEAR,STOP:INSTD_LOGIC;WARN:OUTSTD_LOGIC;HIGH,LOW:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));ENDCOUNT;ARCHITECTURETHREEOFCOUNTISSIGNALHS:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALLS:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIFCLEAR='1'THENHS<="1001";LS<="1001";WARN<='0';ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENLS<=LS-1;IFLS="0000"THENLS<="1001";HS<=HS-1;IFHS="0000"ANDLS="0000"THENWARN<='1';HS<="0000";LS<="0000";IFSTOP='1'THENHS<=HS;LS<=LS;WARN<='1';ENDIF;ENDIF;ENDIF;ENDIF;HIGH<=HS;LOW<=LS;ENDPROCESS;ENDARCHITECTURETHREE;4〕報(bào)警模塊VHDL：在這個(gè)模塊中主要實(shí)現(xiàn)搶答過(guò)程中的報(bào)警功能，當(dāng)主持人按下控制鍵，有限時(shí)間內(nèi)〔N秒內(nèi)〕有人搶答或是倒計(jì)時(shí)到了之后蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警，輸出SOUND有效電平為高.LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYALARMISPORT(CLEAR,WARN:INSTD_LOGIC;SOUND:OUTSTD_LOGIC);END;ARCHITECTUREFOUROFALARMISBEGINPROCESS(WARN,CLEAR)