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1、一、设计任务智力竞赛抢答器 VerilogHDL要求有 6 位参赛者进行抢答， 有六个抢答信号进行抢答。当有抢答选手按下抢答键后系统能够快速准确的判断是那一组选手按下了抢答信号， 由于系统比较小， 速度比较快一般不会有同时按下的可能， 所以只有六种状态， 然后系统能够根据这六种状态进行适时的显示和提示。 当有选手按下以后就对抢答信号进行锁存， 其他选手的输入无效。 然后就是对抢答进行时间限制了，根据设定的时间进行倒计时， 当倒计时完成还没有人抢答的时候系统发出警报声音提示时间已经到了。 当有选手在主持人未按下抢答键抢答时视为超前抢答，系统显示该选手号，同时蜂鸣器响，该抢答无效。还有清除复位键，
2、抢答完成以后按复位键即可清除已有的状态。 通过 Verilog HDL程序代码实现系统的各个功能。二、设计目的与要求目的：理论联系实际，巩固和运用所学课程，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力， 培养学生正确的设计思想， 严肃认真、 实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。 通过对一个智力抢答器的设计， 进一步加深对计算机原理以及数字电路应用技术方面的了解与认识， 进一步熟悉数字电路系统设计、制作与调试的方法和步骤， 通过 Verilog 程序的编写， 进一步熟悉 Verilog HDL 的语法知识；规范化训练学生撰写技术研究报告，提高书面表达能力。要求：? 掌握 FPGA设计系统的
3、一般方法。? 熟练掌握使用 modelsim 软件设计较复杂的数字逻辑电路。? 培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。三、 课程设计的内容设计一抢答器，要求如下：(1) 抢答台数为 6；(2) 具有抢答开始后 20s 倒计时，20 秒倒计时后 6 人抢答显示超时，并报警；(3) 能显示超前抢答台号并显示犯规报警；(4) 系统复位后进入抢答状态， 当有一路抢答按键按下， 该路抢答信号将其余各路抢答信号封锁，同时铃声响起，直至该路按键松开，显示牌显示该路抢答台号。四、系统设计方案根据系统设计要求可知 , 系统的输入信号有： 主持人按钮 inputEn, 各选手的抢答按钮分别是inputL1 、
4、 inputL2 、inputL3 、inputL4 ，inputL5 ，inputL6, 主持人和选手抢答按钮都是低电平有效，系统复位信号clr( 高电平有效 ) ，系统时钟信号 clk ，系统的输出信号有：六个人抢答成功与否的指示灯控制信号输出口Led2，犯规抢答时报警器Buzzer( 低电平有效 ) 。本系统应具有的功能有： 能够准确的判断出是哪位抢答者， 当主持人没按抢答时， 有人抢答了则蜂鸣器报警， 并显示该选手号， 当主持人按了抢答键时有人抢答了，同时封锁抢答信号， 其他选手抢答无效，不显示该选手号。五、仿真过程与仿真结果仿真过程： 使用 ModelSim 进行功能测试，首先在里面
5、进行相应的设置，在工程文件夹下面会新建一个 modelsim 的文件夹，然后编写实现功能的程序和测试文件，最后保存编译执行就可以进行功能仿真了。仿真结果 ：结果分析与讨论： 可以看到 0 时刻系统复位状态， 2s 时 2 号超前抢答 (inputEn 为高电平， inputL2 为低电平 ) ，系统显示 2 蜂鸣器并犯规报警 (Buzzer 为低电平 ) ， 8s 时系统复位状态， 12s 时 4 号选手先抢答成功 (inputL4为低电平 ) 显示4，14s 时 3 号选手后抢答，不显示3， 20s 时系统复位。六、总结通过本次合成设计，我又一遍熟悉了 Verilog HDL 语言进行建模，
6、并且通过实际操作学会了怎么使用 Modelsim 这个软件来完成一个完整的课程设计。以及对基于 FPGA的系统开发流程有了一个整体认识， 我越来越认识到一点， 编程对项目实现有着至关重要的， 我们在硬件开发的过程中更应该重视编程， 将编程看作是完善开发的不可缺少的一部分。 虽然题目简单，但这也磨练了我的意志。第一次做的太复杂了， 然后一次次修改， 做成最简单功能的。 在一次次的反复设计、论证和测试中， 提高了逻辑分析能力、 全面分析问题的能力以及发现问题、解决问题的能力。通过对各方面资料的收集， 我的知识面也进一步拓宽了。同时，我也发现了自己的不足， 像语言表达还比较差， 不能更清楚地表达自己
7、的意思， 逻辑分析能力和编程能力有待提高，有些预先的想法都未能实现。在系统的结构设计上也还有很长的路需要走， 这是需要时间去积累的。 在今后的学习中我还得加以改进。七、程序系统主要 Verilog HDL源程序：moduleQiangDaQi(clk,clr,inputEn,inputL1,inputL2,inputL3,inputL4,inputL5,inputL6,Led2,Buzzer);/一开始声明有哪些端口input clk,clr,inputEn,inputL1,inputL2,inputL3,inputL4,inputL5,inputL6;output 0:7Led2;/Led2
8、显示选手号output Buzzer;/低电平时蜂鸣器发出声音reg EnFlat=1b0;/EnFlat为高电平时开始抢答reg 0:2Led2=3d0;reg Buzzer=1b1;always (posedge clk)/时钟上升沿beginif(inputEn=1)/如果主持人没按按钮就有人抢答beginif(inputL1=0)begin Led2=3d1;Buzzer=1b0;endif(inputL2=0)begin Led2=3d2;Buzzer=1b0;endif(inputL3=0)begin Led2=3d3;Buzzer=1b0;endif(inputL4=0)begi
9、n Led2=3d4;Buzzer=1b0;endif(inputL5=0)begin Led2=3d5;Buzzer=1b0;endif(inputL6=0)begin Led2=3d6;Buzzer=1b0;endendif(inputEn=1b0)/为低电平时表示主持人按下抢答按钮开始抢答beginEnFlat=1b1;if(EnFlat=1b1)beginif(inputL1=1b0)/一号选手抢答beginLed2=3d1;EnFlat=1b0;/为低电平禁止其他选手抢答Buzzer=1b1;endelse/ 一开始没加else 发现仿真结果随着输入数据变化而变化if(inputL2
10、=1b0)/二号选手抢答beginLed2=3d2;EnFlat=1b0;Buzzer=1b0;endelseif(inputL3=1b0)/三号选手抢答beginLed2=3d3;EnFlat=1b0;/为低电平禁止其他选手抢答Buzzer=1b1;endelseif(inputL4=1b0)/四号选手抢答beginLed2=3d4;EnFlat=1b0;/为低电平禁止其他选手抢答Buzzer=1b1;endelseif(inputL5=1b0)/五号选手抢答beginLed2=3d5;EnFlat=1b0;/为低电平禁止其他选手抢答Buzzer=1b1;endelseif(inputL6=
11、1b0)/六号选手抢答beginLed2=3d6;EnFlat=1b0;/为低电平禁止其他选手抢答Buzzer=1b1;endendendif(clr)/按下 clr键以后各组参数重置，整个比赛重新开始beginEnFlat=1b0;Led2=3d0;/Buzzer=1b1;/为低电平时，选手前的灯点亮为高电平不响endendendmodule测试程序timescale 1s/1smodule qiangdaqi_test();reg clk,clr,inputEn,inputL1,inputL2,inputL3,inputL4,inputL5,inputL6;/wire 0:7Led2;/L
12、ed2显示选手号输入口wire Buzzer;/低电平时蜂鸣器发出声音QiangDaQiu1(clk,clr,inputEn,inputL1,inputL2,inputL3,inputL4,inputL5,inputL6,Led2,Buzzer); initialbegin#0clk=1;clr=0;inputEn=1;inputL1=1;inputL2=1;inputL3=1;inputL4=1;inputL5=1;inputL6=1;#2inputL2=0;/二号选手超前抢答#4clr=1;inputL2=1;/复位#2clr=0;#4inputEn=0;inputL4=0;/四号选手先抢
13、答显示 4#2inputL3=0;/三号选手后抢答不显示 3#4clr=1;inputEn=1;inputL3=1;inputL4=1;#2clr=0;endalways #1 clk=clk;endmodule程序二moduleQiangDaQi(clk,clr,add,stu,inputEn,inputL1,inputL2,inputL3,inputL4,inputL5,inputL6,Led1,Led2,Led3,Buzzer);/一开始声明有哪些端口inputclk,clr,inputEn,inputL1,inputL2,inputL3,inputL4,inputL5,inputL6,
14、add,stu;/输 入口output 0:5Led1;/对应参赛选手前的灯output 0:7Led2,Led3;/Led2显示选手号Led3 显示选手分数output Buzzer;/低电平时蜂鸣器发出声音reg EnFlat=1b1;/EnFlat为高电平时开始抢答reg BuClk=1b0;/为高电平时进入蜂鸣器处理程序/reg add,stu;/add答题正确加一分stu 答题错误减一分/reg clr=0;/重置键reg 0:5Led1=6b111111;reg 0:2 answer=3d0;reg0:3 score=4d0,score1=4d0,score2=4d0;reg0:3
15、 score3=4d0,score4=4d0,score5=4d0,score6=4d0;/reg Buzzer=1;reg 0:4 daojishi=5d20;/用于产生20s 倒计时reg 0:7Led2=8b11111111,Led3=8b11111111;always (posedge clk)/时钟上升沿各选手分数计算beginif(inputEn=1)/如果主持人没按按钮就有人抢答beginif(inputL1=0)begin Led1=6b111110;answer=3d1;BuClk=1b1;endif(inputL2=0)begin Led2=6b111101;answer=
16、3d2;BuClk=1b1;endif(inputL3=0)begin Led2=6b111011;answer=3d3;BuClk=1b1;endif(inputL4=0)begin Led2=6b110111;answer=3d4;BuClk=1b1;endif(inputL5=0)begin Led2=6b101111;answer=3d5;BuClk=1b1;endif(inputL6=0)begin Led2=6b011111;answer=3d6;BuClk=1b1;endendif(inputEn=1b0)/为低电平时表示主持人按下抢答按钮开始抢答beginLed1=6b1111
17、11;/为低电平时，选手前的灯点亮BuClk=1b0;Buzzer=1b1;/为高电平不响endif(EnFlat=1b1)beginbeginif(inputL1=1b0)/一号选手抢答beginEnFlat=1b0;/answer=3d1;/BuClk=1b1;/为低电平禁止其他选手抢答为高电平时转到对应选手加减分程序中去转到蜂鸣器程序endif(inputL2=1b0)/二号选手抢答beginEnFlat=1b0;answer=3d2;BuClk=1b1;endif(inputL3=1b0)/三号选手抢答beginEnFlat=1b0;answer=3d3;BuClk=1b1;endif
18、(inputL4=1b0)/四号选手抢答beginEnFlat=1b0;answer=3d4;BuClk=1b1;endif(inputL5=1b0)/五号选手抢答beginEnFlat=1b0;answer=3d5;BuClk=1b1;endif(inputL6=1b0)/六号选手抢答beginEnFlat=1b0;answer=3d6;BuClk=1b1;endendbeginif(daojishi!=5d0)/用于 1Hz 信号daojishi=daojishi-1;else/倒计时结束抢答器还没按下则抢答停止且蜂鸣器响begindaojishi=5d20;EnFlat=1b0;BuCl
19、k=1b1;endendbeginif(BuClk=1b1)/当蜂鸣器标志为1 时Buzzer=1b0;/蜂鸣器发声endbeginif(answer =3d1)/第一组加减分beginLed1=6b111110;/点亮该选手前的LED灯Led2=8hf9;/选手号数码管显示1if(add)score1=score1+1;/当主持人判定选手的回答正确时，按下add 键进行加分操作elseif(stu|inputEn)&(score1!=0)score1=score1-1;/当主持人判定选手的回答错误时，按下stu 键进行加分操作else score1=0;score=score1;/把第一组的
20、分数赋值给分数寄存器endif(answer =3d2)/第二组加减分beginLed1=6b111101;Led2=8ha4;if(add)score2=score2+1;/当主持人判定选手的回答正确时，按下add 键进行加分操作elseif(stu|inputEn)&(score2!=0)score2=score2-1;/当主持人判定选手的回答错误时，按下stu 键进行加分操作else score2=0;score=score2;/把第一组的分数赋值给分数寄存器endif(answer =3d3)/第三组加减分beginLed1=6b111011;Led2=8hb0;if(add)scor
21、e3=score3+1;/当主持人判定选手的回答正确时，按下add 键进行加分操作elseif(stu|inputEn)&(score3!=0)score3=score3-1;/当主持人判定选手的回答错误时，按下stu 键进行加分操作else score3=0;score=score3;/把第一组的分数赋值给分数寄存器endif(answer =3d4)/第四组加减分beginLed1=6b110111;Led2=8h99;if(add)score4=score4+1;/当主持人判定选手的回答正确时，按下add 键进行加分操作elseif(stu|inputEn)&(score4!=0)sco
22、re4=score4-1;/当主持人判定选手的回答错误时，按下stu 键进行加分操作else score4=0;score=score4;/把第一组的分数赋值给分数寄存器endif(answer =3d5)/第五组加减分beginLed1=6b101111;Led2=8h92;if(add)score5=score5+1;/当主持人判定选手的回答正确时，按下add 键进行加分操作elseif(stu|inputEn)&(score5!=0)score5=score5-1;/当主持人判定选手的回答错误时，按下stu 键进行加分操作else score5=0;score=score5;/把第一组的
23、分数赋值给分数寄存器endif(answer =3d6)/第六组加减分beginLed1=6b011111;Led2=8h82;if(add)score6=score6+1;/当主持人判定选手的回答正确时，按下add 键进行加分操作elseif(stu|inputEn)&(score6!=0)score6=score6-1;/当主持人判定选手的回答错误时，按下stu 键进行加分操作else score6=0;score=score6;/把第一组的分数赋值给分数寄存器endbegincase(score)/?4d0:Led3=8hc0;4d1:Led3=8hf9;4d2:Led3=8ha4;4d
24、3:Led3=8hb0;4d4:Led3=8h99;4d5:Led3=8h92;4d6:Led3=8h82;4d7:Led3=8hf8;4d8:Led3=8h80;4d9:Led3=8h90;default:Led3=8hff;endcaseendendendif(clr)/按下 clr键以后各组参数重置，整个比赛重新开始beginEnFlat=1b1;daojishi=5d20;Led1=6b111111;/ Led2=8b11111111;/重置时六个Led 全灭熄灭选手号静态数码管Led3=8b11111111;/熄灭分数显示数码管BuClk=1b0;/蜂鸣器标志位重置Buzzer=1b
25、1;/蜂鸣器控制管脚重置score=0;/score1=4d0;score2=4d0;score3=4d0;/score4=4d0;score5=4d0;score6=4d0;answer=3d0;endendendmodule测试程序timescale 1s/1smodule qiangdaqi_test();reg clk,clr,add,stu,inputEn,inputL1,inputL2,inputL3,inputL4,inputL5,inputL6;/reg clr;/重置键/reg add,stu;/add答题正确加一分stu 答题错误减一分wire 0:5Led1;/对应参赛选
26、手前的灯wire 0:7Led2,Led3;/Led2显示选手号Led3 显示选手分数wire Buzzer;/低电平时蜂鸣器发出声音QiangDaQiu1(clk,clr,add,stu,inputEn,inputL1,inputL2,inputL3,inputL4,inputL5,inputL6,Led1,Led2,Led3,Buzzer);initialbegin#0clk=1;add=0;stu=0;clr=0;inputEn=1;inputL1=1;inputL2=1;inputL3=1;inputL4=1;input#2inputEn=0;inputL1=1;inputL2=0;i
27、nputL3=1;inputL4=1;inputL5=1;inputL6=1;add=1;#2clr=1;add=0;stu=0;inputEn=1;inputL1=1;inputL2=1;inputL3=1;inputL4=1;inputL5=1;inputL6=1;#2 clr=0;#2inputEn=0;inputL1=1;inputL2=0;inputL3=1;inputL4=1;inputL5=1;inputL6=1;add=1;#1inputL3=0;add=1;#2clr=1;add=0;stu=0;inputEn=1;inputL1=1;inputL2=1;inputL3=1;
28、inputL4=1;inputL5=1;i nputL6=1;#2clr=0;#2inputEn=1;inputL1=1;inputL2=0;inputL3=1;inputL4=1;inputL5=1;inputL6=1;#2clr=1;add=0;stu=0;inputEn=1;inputL1=1;inputL2=1;inputL3=1;inputL4=1;inputL5=1;i nputL6=1;#2clr=0;#2inputEn=0;inputL1=1;inputL2=1;inputL3=1;inputL4=1;inputL5=1;inputL6=1;#40 inputEn=0;inpu
29、tL1=1;inputL2=1;inputL3=1;inputL4=1;inputL5=1;inputL6=1;#2clr=1;add=0;stu=0;inputEn=1;inputL1=1;inputL2=1;inputL3=1;inputL4=1;inputL5=1;inputL6=1;#2 clr=0;#2inputEn=0;inputL1=0;inputL2=1;inputL3=1;inputL4=1;inputL5=1;inputL6=1;add=1;#2clr=1;add=0;stu=0;inputEn=1;inputL1=1;inputL2=1;inputL3=1;inputL4=1;inputL5=1;inputL6=1;#2 clr=0;#2inputEn=0;inputL1=0;inputL2=1;inputL3=1;inputL4=1;inputL5=1;inputL6=1;stu=1;#2clr=1;add=0;stu=0;inputEn=1;inputL1=1;inputL2=1;inputL3=1;inputL4=1;inputL5=1;inputL6=1;#2 clr=0;endalways #1 clk=clk;endmodule