EDA课程设计八路抢答器的VHDL设计.doc

第一章 EDA技术简介
EDA在通信行业(电信)里的另一个解释是企业数据架构,EDA给出了一个企业级的数据架构的总体视图,并按照电信企业的特征,进行了框架和层级的划分。
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。
利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计进行八路抢答器的系统,大量工作可以通过计算机完成,并可以将抢答器从电路设计、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。
第二章八路抢答器设计目的和要求
第一节设计目的
学****ALTERA公司的FPGA/CPLD的结构、特点和性能。学****集成开发软件MAX+plus II/Quartus II的使用及设计过程。熟悉EDA工具设计数字电路设计方法,掌握VHDL硬件描述语言设计方法。根据给定题目设计数字电路,来加深对可编程逻辑器件的理解和掌握。
第二节设计具体要求及功能
在所选择器件内完成八路抢答器的设计,要求设计完成后芯片具有抢答器的全部功能、包括显示和操作接口。抢答器要求有八路抢答输入,抢答逻辑设计合理(具有抢答锁定),抢答编号显示,抢答成功指示,抢答完成后状态复位。在相应的器件平台上完成设计的输入、编译、综合或适配通过。
8路抢答器控制系统是娱乐活动中经常使用的重要基础设备之一,根据抢答要求,系统所需实现的功能如下:
(1)主持人按键清零,数码显示0,蜂鸣器不叫,进入抢答状态。
(2)主持人发出开始命令,8人开始抢答。其中一人先按下抢答键,蜂鸣器发出鸣叫,数码显示该人号码,其他人再按键,系统不再响应,直至主持人按键清零,下一次抢答开始。
第三章设计思路及系统结构
第一节八路抢答器控制系统的设计思路与功能
抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛,分别用8个按钮[a1]~[a8]。设置一个系统清除和抢答控制开关Reset, 该开关由主持人控制。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮,锁存相应的编号,扬声器发出声响提示,数码显示选手号码。其他人再按键,系统进行了优先锁存,不再响应,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止,下一次抢答开始。
扩展功能:该电路具有犯规报警功能。当主持人未按下开关开始抢答前,参赛选手若按下开关,则抢答系统发出蜂鸣声报警并显示犯规组别。
第二节抢答器的工作原理简介
如图2-1所示为抢答器的结构框图,它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能,即开始抢答后,当选手按动抢答键时,能显示选手的编号,同时能封锁输入电路,禁止其他选手抢答。扩展电路完成检测数码管工作情况。其工作原理为:接通电源后,主持人将开关拨到"清除"状态,抢答器处于禁止状态,编号显示器灭灯,定时器显示设定时间;主持人将开关置于"开始"状态,宣布"开始"抢答器工作。定时器倒计时,扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时,抢答器完成:优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后,定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。
图2-1 抢答器结构框图
第三节抢答器的工作流程
加载程序
运行
行
开始
开始数码管显
示FFF开始抢
按时间倒计时
开始前有选手抢按
显示犯规选手号码并伴有语音报警
倒计时结
束,超时
有选手
抢按
显示FFF
显示选手号码,倒计
时时间,语音报警,答
题,答题时间倒计时
正常流程
犯规流程
若超过答题
时间,则数
码管显示FFF
答题完毕
根据选手表现,规
则由主持人减分
图2-2
抢答器的基本工作原理:在抢答竞赛或呼叫时,有多个信号