数字抢答器课程设计

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1、目 录 1 引言 1 2 VHDL 及 QuartusII 软件简介 . 2 2.1 关于 EDA 2 2.2 关于 VHDL 2 2.3 软件介绍 3 3 智力竞赛抢答器的设计与实现 4 3.1 抢答器的设计原理 4 3.2 抢答器各个模块的设计 4 3.2.1 抢答鉴别模块的设计 4 3.2.2 答题计时模块的设计 6 3.2.3 答题计分模块的设计 7 3.2.4 译码显示模块的设计 8 3.3 抢答器的总体实现 9 4 抢答器的硬件调试 12 5 总结 13 参考文献 14 附录 15 课程设计说明书课程设计说明书 1 1 引言 随着科学技术的进步，电子器件和电子系统设计方法日新月异，

2、 在很多场合 都要求公正的快速的裁决，例如体育竞技、证券、股票交易，以及各种智力竞赛 等。智力竞赛作为一种生动活泼的教育形式和方法引起观众和参与者极大的兴 趣。无论是在学校、工厂、军队还是益智性电视节目, 都会举办各种各样的智力 竞赛, 都会用到抢答器。 当主持人针对某个问题提问时，选手们要经过抢答，而抢答时要先判断哪个 组先按键。抢答到的选手回答问题时，一般都有时间限制，时间到了则会有警报 提醒，若在限定的时间内正确回答了问题，则给该组进行加分，然后进行下一组 的抢答。这就需要人们设计一种电路来实现此功能。抢答电路一般有很多模块组 成，本课程设计介绍了一种实用的设计方法来实现抢答器的功能，具

3、有很强的实 用性与可行性。 目前市场上已有各种各样的智力竞赛抢答器，但绝大多数是早期设计的，以 模拟电路、数字电路或者模拟电路与数字电路相结合的产品。这部分抢答器已相 当成熟，但功能越多的电路相对来说就越复杂，且成本偏高，故障高，显示方式 简单（有的甚至没有显示电路） ，无法判断提前抢答的选手，不便于电路升级换 代。本设计是基于 VHDL 设计的一个智力竞赛抢答器，尽量使竞赛达到真正的 公正、公平、公开。基于 EDA 技术设计的电子抢答器，以其价格便宜、安全可 靠、使用方便受到了人们的普遍欢迎。 本文以现场可编程逻辑器件（FPGA）为设计载体，以硬件描述语言 VHDL 为主要表达方式，以 Qu

4、artus开发软件设计的电子抢答器，具有抢答鉴别与锁 存功能以及 60 秒答题限时功能。 本次设计的目的就是在掌握 EDA 实验开发系统的初步使用基础上，了解 EDA 技术，了解并掌握 VHDL 硬件描述语言的设计方法和思想，通过学习的 VHDL 语言结合电子电路的设计知识理论联系实际，掌握所学的课程知识，学习 VHDL 基本单元电路的综合设计应用。通过对智力竞赛抢答器的设计，巩固和综 合运用所学课程，理论联系实际，提高设计能力，提高分析、解决计算机技术实 际问题的独立工作能力。 课程设计说明书课程设计说明书 2 2 VHDL及 QuartusII软件简介 2.1 关于 EDA EDA 是电子

5、设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在 20 世纪 90 年代初从计算机辅助设计（CAD） 、计算机辅助制造（CAM） 、计算机辅助测 试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。 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 HDL 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。 现在对 EDA 的概念或范畴用得很广，包

6、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 工具软件可大致分为芯片设计辅助软件、可编程芯片辅助设计软件、 系统设计辅助软件等三类。目前进入我国并具有广泛影响的 EDA 软件是系统设 计软件辅助类和可编程芯片辅助设计软件： Protel、 PSPICE、multiSIM10(原 EWB 的最新版本)、OrCAD、PCAD、LSIIogic、MicroSim，ISE，modelsim 等等。这 些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设 计与仿真，同时还可以进行 PCB 自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方 软件接口。 2.2 关于 VHDL VHDL 是一种硬件描述语言，它可以对电子电路和系统的行为进行描述，基 于这种描述，结合相关的软件工具，可以得到所期望的实际电路与系统。 VHDL 的含义是 VHSIC Hardware