數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告--基于_fpga的四位智能搶答器

1、<p>　　數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告--基于 FPGA的四位智能搶答器</p><p><b>　　專業(yè)：xxx</b></p><p><b>　　班級(jí)：xxx</b></p><p><b>　　姓名：xxx</b></p><p><b>　　學(xué)號(hào)：x

2、xx</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></p><p>　　基于EDA/SOPC系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)用QuartusⅡ可編程邏輯器件開發(fā)軟件，設(shè)計(jì)一個(gè)4位智能搶答器。要求如下：</p><p>　　可以同時(shí)供4名選手搶答，其編號(hào)分別為1、2、3、4，各用搶答按鍵S1、S2、S3、S4，按鍵編號(hào)與選手編號(hào)對(duì)應(yīng)。主

3、持人設(shè)置有一個(gè)開始按鍵S5，一個(gè)清零按鍵S6，用于控制搶答的開始和系統(tǒng)的清零；</p><p>　　搶答器具有定時(shí)搶答的功能，一次搶答的時(shí)間為10秒。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始”按鍵后，用4 位LED 數(shù)碼管左邊兩位顯示10s 的倒計(jì)時(shí)； </p><p>　　搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能，搶答開始后，如果有選手按動(dòng)按鍵，其編號(hào)立即鎖存并顯示在數(shù)碼管上（顯示在右邊的兩個(gè)數(shù)碼管上），同時(shí)封鎖輸入電

4、路，禁止其他選手搶答；優(yōu)先選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止；</p><p>　　參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示搶答時(shí)刻的時(shí)間（左邊兩個(gè)數(shù)碼管上）和參賽選手的編號(hào)（顯示在右邊的兩個(gè)數(shù)碼管上），并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止；如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到而沒有選手搶答，本次搶答無效，封鎖輸入電路，禁止搶答，定時(shí)器顯示“00”并閃爍，閃爍頻率為0.5HZ；一直保持到主持人將系統(tǒng)

5、清零為止；</p><p>　　在主持人未按下開始按鍵時(shí)，如果有人搶答則犯規(guī)，在顯示器上右邊兩位閃爍犯規(guī)選手的編號(hào)，閃爍頻率為0.5HZ；一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止；</p><p>　　說明：系統(tǒng)上電和按下清零按鍵后顯示“0000”，設(shè)計(jì)中的時(shí)鐘脈沖頻率為1000赫茲；</p><p>　　附加：加入按鍵軟件消抖功能及加減分?jǐn)?shù)顯示計(jì)分功能；能夠設(shè)置不同的搶答時(shí)

6、間，以便應(yīng)用于不同的搶答系統(tǒng)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)原理及方案</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要采用verilog HDL 語言，總體編程思路采用模塊化設(shè)計(jì)方式，主要分為3個(gè)模塊，一個(gè)主控制及按扭輸入模塊，一個(gè)LED計(jì)時(shí)提示模塊，一個(gè)搶答組號(hào)顯示模塊，分別對(duì)這3個(gè)子模塊進(jìn)行獨(dú)立編程設(shè)計(jì)，并生成元件，并在頂層使用原理圖的方式將3個(gè)模塊連接起來完成整個(gè)

7、設(shè)計(jì)。鎖定管腳并編譯通過，下載到試驗(yàn)箱進(jìn)</p><p><b>　　行測(cè)試。</b></p><p><b>　　總設(shè)計(jì)框圖：</b></p><p>　　LED1 LED2 LED3 LED4 </p><p>　　8421碼

8、 8421碼 </p><p>　　CLK 開始 清零 選手1 選手2 選手3 選手4 </p><p>　　解析：在上圖框架中LED計(jì)時(shí)提示模塊、搶答組號(hào)顯示模塊都為譯碼器，主控制及按鈕輸入模塊實(shí)現(xiàn)具體功能。主控制及按鈕輸入模塊主要功能為計(jì)時(shí)、顯示、閃爍、分頻。其先將需要輸出

9、的內(nèi)容以8421BCD碼的形式輸入給下一級(jí)，再通過LED計(jì)時(shí)提示模塊和搶答組號(hào)顯示模塊的程序?qū)?421BCD碼譯為對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示，最后和對(duì)應(yīng)的共陽極數(shù)碼顯示管的管腳相連，顯示最后的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　電路源文件</b></p><p>　　1、主控制與按鈕輸入模塊</p><p>　　module zhukongzhi(clk,

10、clear,start,p1,p2,p3,p4,answer1,answer2,q1,q2);</p><p>　　input clk,clear,start,p1,p2,p3,p4;</p><p>　　output[3:0] q1，q2</p><p>　　output [3:0] answer1，answer2;</p><p>　　w

11、ire[3:0] qq1， qq2;</p><p><b>　　wire co;</b></p><p>　　reg [3:0] answer1， answer2;reg st;reg cr;reg en;reg kp;reg [10:0] tm;reg temp;reg temp2;reg [3:0] temp3;reg [3:0]q1;reg [3:0]q2;

12、reg flag;reg flag1;reg flag2;</p><p><b>　　initial</b></p><p><b>　　begin</b></p><p>　　flag2=1;st=1;cr=1;flag1=1;tm=0;temp=0;flag=0;kp=0;</p><p>　

13、　answer1=4'b0000;answer2=4'b0000;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　always@(negedge start or negedge clear)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if

14、(!start) begin st=0;cr=1;end</p><p>　　else if(!clear) begin st=1;cr=0;end</p><p><b>　　end</b></p><p>　　jishi2 cou(clk,cr,st,qq1,qq2,co,kp);</p><p>　　always

15、@(posedge clk )</p><p><b>　　begin</b></p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(st==1'b1)</p><p><b>　　begin</b></p><p><

16、;b>　　flag=1;</b></p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(!clear)</p><p><b>　　flag1=1;</b></p><p><b>　　end</b></p><p>

17、;<b>　　begin</b></p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if((p1==1'b0)&flag1)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　flag1=0;temp3=4'b0001

18、;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　else if((p2==1'b0)&flag1)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　flag1=0;temp3=4'b0010;</p><p>&

19、lt;b>　　end</b></p><p>　　else if((p3==1'b0)&flag1)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　flag1=0;temp3=4'b0011;</p><p><b>　　end</b>

20、</p><p>　　else if((p4==1'b0)&flag1)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　flag1=0;temp3=4'b0100;</p><p><b>　　end</b></p><p>&l

21、t;b>　　end</b></p><p>　　if(flag1==0)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if((tm>=0)&(tm<1000)&(temp))</p><p><b>　　begin</b><

22、/p><p>　　tm=tm+1;answer1=temp3;answer2=0;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　else if((tm>=0)&(tm<1000)&(!temp))</p><p><b>　　begin</b></

23、p><p>　　tm=tm+1;nswer1=4'b1010;answer2=4'b1010;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　else if((tm==1000))</p><p><b>　　begin </b></p><p&g

24、t;　　tm=0;temp=~temp;</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　if(flag1)</b></p><p><b>　　begin</b></p>

25、<p>　　answer1=4'd0000;answer2=4'd0000;</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　e

26、nd</b></p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if((!start)&(flag2))</p><p><b>　　kp=1;</b></p><p><b>　　end</b></p><p>&

27、lt;b>　　begin</b></p><p>　　if(!clear)</p><p><b>　　flag2=1;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　begin</b></p><p>

28、;　　if(st==1'b0)</p><p><b>　　begin</b></p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(p1&p2&p3&p4&flag)</p><p><b>　　begin</b>&

29、lt;/p><p>　　answer1=4'b1010;answer2=4'b1010;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　else if((p1==1'b0)&flag)</p><p><b>　　begin</b></p>

30、<p>　　//禁止其他選手搶答</p><p>　　flag=1'b0;answer1=4'b0001;answer2=4'b0000;flag2=0;kp=0；</p><p><b>　　end </b></p><p>　　else if((p2==1'b0)&flag)</

31、p><p><b>　　begin</b></p><p>　　flag=1'b0;answer1=4'b0010;answer2=4'b0000;flag2=0;kp=0;</p><p><b>　　end </b></p><p>　　else if((p3==1&

32、#39;b0)&flag)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　flag=1'b0;answer1=4'b0011;answer2=4'b0000;flag2=0;kp=0;</p><p><b>　　end </b></p>&l

33、t;p>　　else if((p4==1'b0)&flag)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　flag=1'b0;answer1=4'b0100;answer2=4'b0000;flag2=0;kp=0;</p><p><b>　　end&

34、lt;/b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(co&

35、amp;(!st)) </p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if((tm>=0)&(tm<1000)&(temp))</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　tm=tm+1;q1=0;q2=0;</p>

36、;<p><b>　　end</b></p><p>　　else if((tm>=0)&(tm<1000)&(!temp))</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　tm=tm+1;q1=4'b1010;q2=4'b1010;</

37、p><p><b>　　end</b></p><p>　　else if((tm==1000))</p><p><b>　　begin </b></p><p>　　tm=0;temp=~temp;</p><p><b>　　end</b></p

38、><p>　　answer1=4'b1010;answer2=4'b1010;</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　begin</b></p><p><

39、b>　　if(!co)</b></p><p><b>　　begin</b></p><p>　　q1<=qq1;q2<=qq2;</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p>&l

40、t;p><b>　　if(!cr)</b></p><p><b>　　begin</b></p><p>　　flag=1'b1;kp=1;</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p

41、><p><b>　　Endmodule</b></p><p>　　LED計(jì)時(shí)提示模塊：</p><p>　　module shijian(in,led1,led2);</p><p>　　input [3:0]in;</p><p>　　output led1,led2;</p>&

42、lt;p>　　reg [7:0]led1,led2;</p><p>　　always@(in)</p><p><b>　　begin</b></p><p><b>　　case(in)</b></p><p>　　4'b0000:begin led1=8'b0000001

43、1;led2=8'b00000011; end</p><p>　　4'b0001:begin led1=8'b10011111;led2=8'b00000011; end</p><p>　　4'b0010:begin led1=8'b00100101;led2=8'b00000011; end</p><p&g

44、t;　　4'b0011:begin led1=8'b00001101;led2=8'b00000011; end</p><p>　　4'b0100:begin led1=8'b10011001;led2=8'b00000011; end</p><p>　　4'b0101:begin led1=8'b01001001;led

45、2=8'b00000011; end</p><p>　　4'b0110:begin led1=8'b11000001;led2=8'b00000011; end</p><p>　　4'b0111:begin led1=8'b00011111;led2=8'b00000011; end</p><p>　　4

46、'b1000:begin led1=8'b00000001;led2=8'b00000011; end</p><p>　　4'b1001:begin led1=8'b00011001;led2=8'b00000011; end</p><p>　　4'b1010:begin led1=8'b00000011;led2=8&#

47、39;b10011111; end</p><p>　　4'b1111:begin led1=8'b11111111;led2=8'b11111111; end</p><p><b>　　endcase</b></p><p><b>　　end</b></p><p>&

48、lt;b>　　endmodule</b></p><p>　　3、搶答組號(hào)顯示模塊：</p><p>　　module xianshi(decodeout,indec);</p><p>　　output[7:0] decodeout;</p><p>　　input[3:0] indec;</p>&l

49、t;p>　　reg[7:0] decodeout;</p><p>　　always @(indec)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　case(indec) </p><p>　　4'b0000:decodeout=8'

50、b00000011; 4'b0001:decodeout=8'b10011111;</p><p>　　4'b0010:decodeout=8'b00100101;4'b0011:decodeout=8'b00001101;</p><p>　　4'b0100:decodeout=8'b10011001; 4'b010

51、1:decodeout=8'b01001001;</p><p>　　4'b0110:decodeout=8'b01000001;</p><p>　　4'b0111:decodeout=8'b00011111;</p><p>　　4'b1000:decodeout=8'b00000001; </p&g

52、t;<p>　　4'b1001:decodeout=8'b00001001;</p><p>　　4'b1010:decodeout=8'b11111111;</p><p>　　default:decodeout=8'b11111111;</p><p><b>　　endcase</b>

53、</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　Endmodule</b></p><p><b>　　模塊連接圖：</b></p><p>　　管教分配表：1、設(shè)計(jì)中應(yīng)用的管腳</p><p>　　四個(gè)數(shù)碼管的管腳分配如下：（

54、ABCDEFG為七段LED，H為小數(shù)點(diǎn)，共陽極連接。</p><p><b>　　四、總結(jié)與討論</b></p><p>　　通過這為期四天的數(shù)字電路模擬訓(xùn)練，我獲益匪淺：</p><p>　　1、 通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了并且可以比較熟練的使用QuartusII可編程邏輯器件開發(fā)軟件。</p><p>　　2、我對(duì)“

55、基于FPGA的4位智能搶答器”的運(yùn)行原理有了更加深入的認(rèn)識(shí)，可以自行設(shè)計(jì)這種搶答器，為我以后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　3、我對(duì)Verilog HDL有了深入的認(rèn)識(shí)。同時(shí)也對(duì)EDA/SOPC產(chǎn)生了更加濃厚的興趣。通過本學(xué)期對(duì)《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》第六章的學(xué)習(xí)，以及這幾天為了完成課程設(shè)計(jì)的任務(wù)而查閱的視頻、文字資料，我已經(jīng)可以比較熟練的運(yùn)用Verilog HDL語言進(jìn)行簡(jiǎn)單程序的編寫。掌握了這一

56、門技術(shù)將對(duì)我以后的發(fā)展有很大的幫助。</p><p>　　4、通過這四天的實(shí)踐，我的分析能力大大的提升，動(dòng)手操作能力也有所提高，即使天氣炎熱，我也平心靜氣的做程序，搞測(cè)試，我知道了，無論做什么事，都要相信自己，戒驕戒躁，不會(huì)的東西就學(xué)會(huì)自己查資料，自學(xué)，實(shí)在不懂得再向老師同學(xué)請(qǐng)教，心態(tài)是最重要的。雖然到最后由于時(shí)間原因沒有測(cè)試完，但是經(jīng)歷是最后重要的，這些經(jīng)歷將為我以后帶來莫大的好處。</p>&l

57、t;p>　　但是，我這幾天以來也存在很多不足，首先，一開始有點(diǎn)知難而退的心里，其次，有不少的地方還沒完全弄明白，尤其是那個(gè)LED即時(shí)顯示模塊還沒有完全搞懂，設(shè)計(jì)任務(wù)與要求中的第7條附加條件，即“加入按鍵軟件消抖功能及加減分?jǐn)?shù)顯示計(jì)分功能；能夠設(shè)置不同的搶答時(shí)間，以便應(yīng)用于不同的搶答系統(tǒng)”這個(gè)功能不知道怎么實(shí)現(xiàn)。另外，對(duì)于在控制端口在滿足上升沿計(jì)數(shù)達(dá)到1000時(shí)在“0”和“1”之間進(jìn)行變換這個(gè)程序請(qǐng)教過同學(xué)，但是也是還沒有完全搞懂。

58、“分頻”這一塊還需之后自己在攻克。</p><p>　　這個(gè)課程設(shè)計(jì)在7月10號(hào)上午考完試已完成，從設(shè)計(jì)到測(cè)試和檢測(cè)過程，無不凝聚著老師們的心血和汗水。在我實(shí)習(xí)期間，老師為我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)，同學(xué)們?yōu)槲姨峁氋F的建議，老師們嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度和同學(xué)們真誠的熱情使我深受感動(dòng)，沒有這樣的幫助和關(guān)懷和熏陶，我不會(huì)這么順利的完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)。</p><p>　　最后，我向老師跟同學(xué)們發(fā)出真誠的