EDA课程设计、八路智力竞赛抢答器(这份设计期末成绩是优秀)

EDA技术课程设计报告题目智力竞赛抢答器设计学院电子信息工程学院专业学生姓名学号年级级指导教师职称二〇一一年十二月智力竞赛抢答器摘要:本课程设计分为智力竞赛抢答器的分模块设计和智力竞赛抢答器的原理图设计两个层次的设计。

在本次设计中，模块设计分为锁存器设计，编码器设计，译码器设计；系统开发平台为MAX plus Ⅱ；硬件描述语是VHDL。

竞赛者可以分为八组，抢答时各组对主持人提出的问题要在最短的时间内做出判断，并按下抢答按键回答问题。

当第一个人按下按键后，则在显示器上显示该组的号码，同时电路将其他各组按键封锁，使其不起作用。

回答完问题后，由主持人将所有按键恢复，重新开始下一轮抢答。

关键词:锁存；显示；抢答器；目录第1章引言 (1)1.1 EDA的概述 (1)1.2 MAX+plus II的概述 (1)1.3 VHDL的概述 (2)1.4 智力竞赛抢答器的概述 (2)1.4.1 课程设计题目 (2)1.4.3 课程设计的思想 (2)1.4.4 软硬件运行环境及开发工具 (3)第2章设计流程 (4)2.1设计模块方框图 (4)2.2 模块功能分析 (4)2.2.1 抢答输入开关电路 (4)2.2.2 锁存器 (4)2.2.4 译码器 (4)2.2.5 解锁器 (4)2.2.6数码显示器与喇叭 (5)2.2.7图1.1与图2.1比较 (5)第3章软硬件设计 (6)3.1系统方框图 (6)3.2模块分析 (6)3.2.1锁存器模块和仿真波形 (6)3.2.2编码器模块和仿真波形 (9)3.2.3译码器模块和仿真波形 (10)3.2.4完整模块和仿真波形 (12)3.3硬件调试与操作说明 (13)3.3.1引脚锁定 (13)3.3.2调试与故障处理 (14)第4章课程设计总结与体会 (15)参考文献 (16)附录共阴极7段数码管 (17)第1章引言1.1 EDA的概述20世纪90年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。

在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。

这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。

这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念，促进了EDA技术的迅速发展。

EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。

利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。

现在对EDA的概念或范畴用得很宽。

包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。

目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。

例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。

EDA技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。

利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。

现在对EDA的概念或范畴用得很宽。

包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。

目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。

例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。

本文所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。

EDA设计可分为系统级、电路级和物理实现级。

1.2 MAX+plus II的概述Max+plusⅡ是Altera公司提供的FPGA/CPLD开发集成环境，Altera是世界上最大可编程逻辑器件的供应商之一。

Max+plusⅡ界面友好，使用便捷，被誉为业界最易用易学的EDA软件。

在Max+plus Ⅱ上可以完成设计输入、元件适配、时序仿真和功能仿真、编程下载整个流程，它提供了一种与结构无关的设计环境，是设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。

1.3 VHDL的概述VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言。

它在80年代的后期出现。

最初是由美国国防部开发出来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言。

VHDL翻译成中文就是超高速集成电路硬件描述语言，主要是应用在数字电路的设计中。

目前，它在中国的应用多数是用在FPGA/CPLD/EPLD的设计中。

当然在一些实力较为雄厚的单位，它也被用来设计ASIC。

VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。

除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式、描述风格以及语法是十分类似于一般的计算机高级语言。

VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分,及端口)和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。

在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。

这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。

1.4 智力竞赛抢答器的概述1.4.1 课程设计题目为竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，竞赛者可以分为若干组，抢答时各组对主持人提出的问题要在最短的时间内做出判断，并按下抢答按键回答问题，我们称之为抢答器。

1.4.2 课程设计的任务及要求它由8个发射信号器、1个接收器、一个控制器组成，可用于8组或8组以下的智力竞赛中。

设计一个八路抢答器,用VHDL编写程序，能够使8个人同时进行抢答类型的游戏，可同时共8名选手或8个组同时参加比赛，他们编号分别为1，2，3，4，5，6，7，8各用一个抢答器按钮，按钮的编号和选手编号相对应，依次为a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7。

比赛前，将参赛组从1至8编号，每组发给对应的一个发射器。

将接收器放于各组中央或前方。

主持人按一下控制器（该键用于启动抢答和每次抢答后器件清零的作用）后，抢答开始。

此后，哪一组最先按下发射器上的抢答键，接收器就立即显示该组的组号并锁定，同时发出蜂鸣声，提示抢答已有结果并结束抢答。

以后，按下任何一路抢答键均不起反映。

只有主持人再次按动启动键后，才能进行下一次抢答。

该控制器由抢答器、编码器、译码器、8位的与门四部分组成。

1.4.3 课程设计的思想根据功能要求，须设计有抢答电路、编码电路、译码电路、主持人控制电路，各个电路都有其自己的功能。

通过复位按键RST，电路进入就绪状态，等待抢答。

然后再由主持人发布抢答命令进入抢答状态。

在电路中“1-8”为8路抢答器的8个按键，如果有人按下按键，程序就会判断是谁先按下的，然后输出抢答者号码的七段码值，并封锁键盘，保持刚才按键按下时刻的时间，禁止其他人按键的输入，从而实现了抢答的功能。

当要进行下一次的抢答时，由主持人先按一下复位按键RST ，电路复位，进入下一次抢答的就绪状态。

该电路的组成图如下：图1-1 电路组成图1.4.4 软硬件运行环境及开发工具（1) 开发工具本设计中，系统的软件开发平台为Max+plus2设计软件，它是Altera 公司提供的FPGA/CPLD 开发集成环境，在Max+plus2界面上可以完成设计输入，元件适配，时序仿真和功能仿真，编程下载整个流程，方便进行软件的测试及验证；硬件运行环境则为EDA 专用实验箱，集成芯片，引脚等硬件设备都在实验箱上，可用与计算机相连接，完成下载测试电路的功能和正确性。

（2) MAX+PLUS Ⅱ软件推荐的PC 系统配置① 233MHz 的PC 机。

② 256MB 以上有效内存，不低于128MB 的物理内存。

③ 460MB 以上硬盘空间。

④ Windows95、Windows98、WindowsNT4.0操作系统。

抢答器1组2组3组 4组 5组6组7组8组复位 提示音控制（接蜂鸣器，高电平有效）组号输出（接7段译码器） 接按钮低电平有效第2章设计流程2.1设计模块方框图根据抢答器的功能要求，可以得出如下模块系统结构图：抢答器输入开关电路锁存器编码器解锁器数码显示器译码器喇叭图2-1模块系统图2.2 模块功能分析2.2.1 抢答输入开关电路该电路由8个开关按键组成，每一个选手与一个开关对应。

开关为常开型，即当按下开关时，开关自动的弹开断开，此时输入抢答信号自动变为高电平；当按下抢答开关时，开关闭合，输入抢答信号为低电平。

2.2.2 锁存器当只要有一个且为任意一个抢答输入信号产生时，触发器电路被触发，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为避免之后的抢答开关按钮也按下产生错乱，最先产生的输出电平变化又反馈回来将触发器锁定住，并保持输出的电平信息。

这样就避免了抢答先后发生紊乱不清楚的现象发生。

2.2.3 编码器编码器的作用是将开关信息转化为8421BCD码，以提供数字显示电路所需要的编码输入。

2.2.4 译码器译码器的作用是将编码器输出的8421BCD码转化为数码管需要的逻辑状态，译码器由七段共阴二极管组成，高位在左，低位在右，如当输入译码器的信号为“1101101”时，数码管的七个段g,f,e,d,c,b,a分别接1,1,0,1,1,0,1，接有高电平的段亮，于是数码管显示为“5”。

2.2.5 解锁器当触发锁存电路被锁存后，若要进行下一轮的重新抢答，则需要将锁存器解锁，可通过强迫是复位控制置为1，使锁存处于等待锁存状态，以准备进行下一轮的抢答。

2.2.6数码显示器与喇叭数码显示管有发光的共阴二极管（LED）数码管，喇叭为高电平触发。

2.2.7图1.1与图2.1比较(1)图1.1中的“1——8”输入与图2.1中的抢答输入开关的功能相同。

(2)图1.1中的“复位”与图2.1中的解锁器功能相同。

(3)图1.1中的“8位抢答器”与图2.1中的锁存器、编码器、译码器功能相同。

(4)图1.1中的“提示音控制输出”与图2.1中的喇叭功能相同。

第3章软硬件设计3.1系统方框图图3-1系统框图●图3.1所示为抢答器的系统框图，可以看到G[0]~G[7]为8组选手的输入抢答按钮，rest 为复位控制信号，B[1]~B[8]是传输到编码器的中间信号，并由译码器输出对应的数码管编号。