VHDL四人抢答器实验报告

题目：硬件描述语言实验十三：四人抢答器姓名：***学号：***地点：主楼402时间：５月９日一、实验目的：进一步练习VHDL语言设计工程的建立与仿真的步骤和方法、熟悉VHDL语言基本设计实体的编写方法。二、实验环境：PC个人计算机、WindowsXP操作系统、QuartusII集成开发环境软件。三、设计要求：设计一个四人抢答的抢答器的逻辑模块，模块功能如下描述：（1）上一轮抢答结束后，主持人按下清零按钮，系统初始化，此时除了禁止抢答灯外，所有灯灭，而禁止抢答灯亮。（2）主持人按下允许抢答按钮，允许抢答灯亮，模块开始计时；当达到设定的允许抢答的时间时，允许抢答灯灭，禁止抢答灯亮。（3）参赛选手在允许抢答的时间内按下自己的抢答按钮，谁第一个按下，他的抢答成功灯亮，其他选手在抢答无效。（4）选手在禁止抢答的时间段按下抢答的按钮，他的犯规灯亮，多个选手犯规，他们的犯规灯都亮。由上述功能可确定模块的引脚：每个按钮对应一个输入信号，按钮按下输入为高电平；每个灯对应一个输出信号，输出高电平灯亮。为了计时，还有一个时钟信号输入，允许抢答的时间为16个时钟周期。四、设计思想：抢答器主要由两个模块来实现功能：（一）抢答鉴别及锁存模块根据设计要求，首先要有清零按钮clr，主持人控制按钮en，四人抢答按钮a、b、c、d，并由dsp显示抢答成功的选手号码，用wrg_lgt表示犯规灯，用fbd_lgt表示禁止抢答灯，用alw_lgt表示允许抢答灯。为了实现当有选手抢答后锁存电路使其他选手无法抢答的功能，设置两个锁存信号temp1、temp2。按下清零开关（clr=1)，tmp1、tmp2=0，若主持人未按下允许抢答按钮（en=0），即禁止抢答灯亮（alw_lgt=1)时，有人抢答，则tmp2=1，关闭抢答电路，犯规选手的犯规灯亮；若主持人按下允许抢答开关（en=1）后，即允许抢答灯亮（alw_lgt=1)时，有人抢答，则tmp1=1，关闭抢答电路，抢答成功选手的抢答成功灯亮。（二）倒计时模块用４位二进制矢量count表示抢答倒计时，从“1111”到“0000”表示16个时钟周期，由给定的时钟信号clk触发。主持人按下允许抢答按钮（en=1）后，开始倒计时。为实现有人抢答则暂停计时及16个时钟周期后停止计时的功能，设置暂停锁存信号tmp3，按下清零开关（clr=1）后，tmp3=0，主持人按下允许抢答按钮（en=1）后，开始倒计时，若有人抢答，则tmp3=1，暂停倒计时；若一直无人抢答，当16个时钟周期结束（count=“0000”）时，则tmp3=1，停止倒计时。五、电路图仿真电路图如下：六、仿真波形（一）有人抢答时仿真波形图1由图1可知，clr=1，系统进入初始状态，即count=1111，dsp=0000，fbd_lgt=1，alw_lgt=0，wrg_lgt=0000；en=1时，count开始16个时钟周期的倒计时，在15个时钟周期时，有人抢答（a=1），倒计时暂停，抢答成功的选手的抢答成功灯亮。（二）无人抢答时仿真波形图2由图2可知，en=1，16个时钟周期的时间（count=0000)到而无人抢答，则按下清零按钮，重新开始倒计时。七、程序代码libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityqaisport(clr:instd_logic;--清零按钮clk:instd_logic;--时钟信号en:instd_logic;--主持人控制按钮a,b,c,d:instd_logic;--四个人的抢答按钮fbd_lgt:outstd_logic;--禁止抢答灯alw_lgt:outstd_logic;--允许抢答灯wrg_lgt:outstd_logic_vector(3downto0);--犯规灯dsp:outstd_logic_vector(3downto0);--抢答结果显示count:outstd_logic_vector(3downto0)--计时信号);endqa;architecturertlofqaissignaldsp1:std_logic_vector(3downto0);--四人抢答成功显示signalcount1:std_logic_vector(3downto0);--计时信号signaltmp1,tmp2,tmp3:std_logic;--锁存signalwrg_lgt1:std_logic_vector(3downto0);--犯规灯signalfbd_lgt1:std_logic;--禁止抢答灯signalalw_lgt1:std_logic;--允许抢答灯beginprocess(clr,en,tmp1,tmp2,a,b,c,d)beginifclr='1'thentmp1='0';tmp2='0';fbd_lgt1='1';alw_lgt1='0';dsp1=0000;wrg_lgt1=0000;elsifen='1'thenalw_lgt1='1';fbd_lgt1='0';iftmp1='0'thenifa='1'thentmp1='1';dsp1=0001;endif;ifb='1'thentmp1='1';dsp1=0010;endif;ifc='1'thentmp1='1';dsp1=0011;endif;ifd='1'thentmp1='1';dsp1=0100;endif;endif;elsifen='0'thenalw_lgt1='0';fbd_lgt1='1';iftmp2='0'thenifa='1'thentmp2='1';wrg_lgt1=0001;endif;ifb='1'thentmp2='1';wrg_lgt1=0010;endif;ifc='1'thentmp2='1';wrg_lgt1=0011;endif;ifd='1'thentmp2='1';wrg_lgt1=0100;endif;endif;endif;endprocess;process(clr,clk,tmp1,tmp3)beginif(clk'eventandclk='1')thenifclr='1'thencount1=1111;tmp3='0';elsifen='1'andtmp1='0'andtmp3='0'thenifcount1=0000thentmp3='1';elsecount1=count1-'1';endif;endif;endif;endprocess;count=count1;alw_lgt=alw_lgt1;dsp=dsp1;wrg_lgt=wrg_lgt1;fbd_lgt=fbd_lgt1;endrtl;