【正文】 時(shí)使能端 EN，系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào) CLK，計(jì)時(shí)預(yù)置數(shù)據(jù)調(diào)整按鈕 TA、 TB。系統(tǒng)輸出信號(hào)有：倒計(jì)時(shí)輸出端QA[3..0]、 QB[3..0]、蜂鳴器 BELL。則計(jì)時(shí)模塊的元件圖如下圖所示： 通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì) Ⅱ 8 圖 32 計(jì)時(shí)模塊的元件圖 計(jì)時(shí)模塊的仿真 利用 MAX+plusII 進(jìn)行編譯，綜合，仿真，時(shí)序圖如 圖 33所示 ： 圖 33 計(jì)時(shí)器模塊仿真時(shí)序圖 如仿真圖所示，當(dāng) 計(jì)時(shí)復(fù)位 信號(hào) CLR=1 時(shí)，模塊輸出信號(hào) QA=0000 ， QB=0000。當(dāng)預(yù)置數(shù)控制信號(hào) LDN=1 可通過 TA來調(diào)整 QA， TA來一次高電平，則 QA 的數(shù)值就加 1；用 TB 來調(diào)整 QB，通過這兩個(gè)調(diào)整信號(hào)可調(diào)整參賽者答題所 需要的時(shí)間。在 CLR=0，LDN=0,EN=1 時(shí)，通過時(shí)鐘信號(hào) CLK 的上升沿來進(jìn)行 99 秒到計(jì)時(shí)。 通過分析，仿真完全符合預(yù)期所要達(dá)到的結(jié)果。 譯碼顯示模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì) 原理 譯碼器的設(shè)計(jì)主要任務(wù)是顯示組別和時(shí)間的工作狀態(tài)， 其主要原理是四位二進(jìn)制BCD 編碼轉(zhuǎn)換成七段二進(jìn)制數(shù)字輸出在數(shù)碼管上，使觀眾能夠更直觀的看到比賽進(jìn)程。譯碼顯示模塊的元件圖如下圖所示： 通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì) Ⅱ 9 圖 34 譯碼顯示模塊的元件圖 譯碼器的譯碼對(duì)照表 31如下所示： 表 31 譯碼器的譯碼對(duì)照表 在程序中只考慮 00001001（即 09）的情況，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的七段顯示器的碼字，其他情況不予考慮。 功能仿真 譯碼器的設(shè)計(jì)主要任務(wù)是將組別和時(shí)間的工作狀態(tài)，翻譯成 3 個(gè)信號(hào)數(shù)碼管的工作狀態(tài)。譯碼器的輸入是由 16 進(jìn)制數(shù)顯示的。 利用 MAX+plusII 進(jìn)行編譯，綜合，仿真，時(shí)序圖 如圖 35所示： 顯示的數(shù)字 /字母 BCD 編碼 七 段 共陽 數(shù)碼管 2 進(jìn)制 0 0000 1000000 1 0001 1111001 2 0010 0100100 3 0011 0110000 4 0100 0011001 5 0101 0010010 6 0110 0000010 7 0111 1111000 8 1000 0000000 9 1001 0010000 X XXXX 1111111 通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì) Ⅱ 10 圖 35 譯碼器模塊仿真時(shí)序圖 如仿真圖所示， AIN4為 數(shù)字 09時(shí)， DOUT7 輸出對(duì)應(yīng)于譯碼對(duì)照表， AIN4 為數(shù)字1015 時(shí)， DOUT7 輸出 1111111，通過分析，仿真完全符合預(yù)期所要達(dá)到的結(jié)果。 報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì) 原理 報(bào)警器的設(shè)計(jì)主要是來提醒觀眾倒計(jì)時(shí)的開始和結(jié)束，哪位 選手進(jìn)行了搶答，在這幾種情況下蜂鳴器會(huì)發(fā)出 23 秒的鳴叫，便于更好的判別比賽的情況。此模塊和搶答鑒別模塊、計(jì)時(shí)模塊、蜂鳴器相連，用以實(shí)現(xiàn)其功能。則 報(bào)警模塊的元件圖如下圖所示： 圖 36 報(bào)警模塊的元件圖 該系統(tǒng)輸入信號(hào)有系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào) CLK，組別輸入信號(hào) CHOS，輸出信號(hào) SPEAK，用以連接蜂鳴器來進(jìn)行報(bào)警。 功能仿真 利用 MAX+plusII 進(jìn)行編譯，綜合，仿真，時(shí)序圖 如圖 37所示 ： 圖 37 報(bào)警器模塊仿真時(shí)序圖 通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì) Ⅱ 11 如仿真圖所示，當(dāng) CHOS=0001 即 A 組搶答時(shí)，蜂鳴器 SPEAK=1 進(jìn) 行 23 秒的鳴叫，通過分析，仿真完全符合預(yù)期所要達(dá)到的結(jié)果。 搶答器 系統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 與 實(shí)現(xiàn) 總體 設(shè)計(jì) 原理 本設(shè)計(jì)通過元器件圖示連線的方法來實(shí)現(xiàn)，這種連線方法思路清晰可見，而且用的時(shí)候很簡(jiǎn)單方便，出現(xiàn)錯(cuò)誤也很好檢查，又由于本設(shè)計(jì)連線比較繁多復(fù)雜，所以采用總線模式連線，這樣大大較少了由于連線帶來的失誤，便于很明了的看出各個(gè)模塊之間的連接。以下為總體原理圖： 圖 38 頂層元件圖 本設(shè)計(jì)中，搶答器組別信號(hào) A、 B、 C、 D為高電平時(shí)，其功能為有效狀態(tài)。同樣，系統(tǒng)清零信號(hào) CLR、預(yù)置及倒計(jì)時(shí)控制信號(hào) LDN，亦為高電平有效。當(dāng) CLR 有效時(shí)，搶答信號(hào)判別電路清零，為判別優(yōu)先搶答信號(hào)做出準(zhǔn)備。當(dāng)計(jì)時(shí)使能端 EN 為低電平，預(yù)置時(shí)間設(shè)置信號(hào) LDN=1 時(shí)，通過計(jì)時(shí)預(yù)置數(shù)據(jù)調(diào)整按鈕 TA、 TB 進(jìn)行預(yù)置數(shù)。當(dāng)計(jì)時(shí)使能端 EN 為高電平，有系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào) CLK 時(shí)，進(jìn)行 99 秒倒計(jì)時(shí)。輸入時(shí)鐘 CLK 一方面作為揚(yáng)聲器控制電路的輸入信號(hào)，另一方面作為搶答信號(hào)判別電路中鎖存器時(shí)鐘，為使揚(yáng)聲器音調(diào)較為悅耳，且是搶答判別電路有較高的準(zhǔn)確度（對(duì)信號(hào)判別的最大誤差是一個(gè)時(shí)鐘周期）， CLK 信號(hào)頻率高低應(yīng)適中，可取 500Hz1KHz；同時(shí) CLK 信號(hào) 經(jīng)過分通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì) Ⅱ 12 頻后向倒計(jì)時(shí)電路提供信號(hào)。 功能 仿真 利用 MAX+plusII 進(jìn)行編譯，綜合，仿真，時(shí)序圖 如圖 39所示 ： 圖 39 總體仿真時(shí)序圖 如圖 39 所示，當(dāng) CLR 有效時(shí)，搶答信號(hào)判別電路清零，為判別優(yōu)先搶答信號(hào)做出準(zhǔn)備。當(dāng)計(jì)時(shí)使能端 EN為低電平，預(yù)置時(shí)間設(shè)置信號(hào) LDN=1 時(shí)，通過計(jì)時(shí)預(yù)置數(shù)據(jù)調(diào)整按鈕 TA、 TB 進(jìn)行預(yù)置數(shù)。當(dāng)計(jì)時(shí)使能端 EN 為高電平，有系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào) CLK 時(shí)，進(jìn)行 99 秒倒計(jì)時(shí)。輸入時(shí)鐘 CLK 一方面作為揚(yáng)聲器控制電路的輸入信號(hào)，另一方面作為搶答信號(hào)判別電路中鎖存器時(shí)鐘，為使揚(yáng)聲器音 調(diào)較為悅耳，且是搶答判別電路有較高的準(zhǔn)確度， CLK 信號(hào)頻率高低應(yīng)適中，可取 500Hz1KHz；同時(shí) CLK 信號(hào)經(jīng)過分頻后向倒計(jì)時(shí)電路提供信號(hào)。通過分析，仿真完全符合預(yù)期所要達(dá)到的結(jié)果。 通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì) Ⅱ 13 4 硬件的測(cè)試和裝調(diào) 程序 的 下載 在對(duì)總體原理圖進(jìn)行編譯、綜合，仿真后，經(jīng)過檢查排除仿真圖中存在的問題，并確保功能符合預(yù)期設(shè)計(jì)目的后，即可將其下載到 EDA 試驗(yàn)開發(fā)板的 CPLD 芯片 EPM7128SLC8415 芯片來 測(cè)試 搶答器的系統(tǒng)功能 ，下載完成截圖如下： 圖 41 程序下載完成圖 系統(tǒng)安裝與測(cè)試 程序 的最終顯示結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)思路的正確性，為了進(jìn)一步從視覺上來觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，還需將設(shè)計(jì)編程下載到選定的目標(biāo)器件中做進(jìn)一步的硬件測(cè)試，以便最終了解設(shè)計(jì)的正確性。本次課程設(shè)計(jì)下載的目標(biāo)器件為 MAX7000S EPM7128SLC8415。將各個(gè)模塊按原理圖方式連接在一塊，構(gòu)成一個(gè)完整的數(shù)字競(jìng)賽搶答器原理圖模塊結(jié)構(gòu)。 測(cè)試時(shí)，首先將指撥開關(guān)全部撥到低電平，按下“ QDRET”鍵，觀察數(shù)碼管，啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)選手編號(hào)、倒計(jì)時(shí)都顯示 0。然后撥動(dòng)指撥開關(guān)“ JSRET”， 啟動(dòng) 99 秒定時(shí)搶答，此時(shí)計(jì)時(shí)數(shù)碼管上顯示“ 99”，蜂鳴器發(fā) 出鳴叫。再撥動(dòng)指撥開關(guān)“ EN”， 99 秒倒計(jì)時(shí)開始。在倒計(jì)時(shí)過程中撥動(dòng)指撥開關(guān) PLAYER1，組別顯示數(shù)碼管上顯示“ 1”，計(jì)分?jǐn)?shù)碼管由之前的倒計(jì)時(shí)回歸到“ 00”，與此同時(shí)，與 1號(hào)選手對(duì)應(yīng)的 LED 燈閃了一下，并且通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì) Ⅱ 14 蜂鳴器發(fā)出了 23 秒的鳴叫，說明 1 號(hào)選手搶答成功。如果撥動(dòng)其他組對(duì)應(yīng)的指撥開關(guān) PLAYER PLAYER3? 數(shù)碼管上顯示數(shù)據(jù)不變，說明搶答電路已鎖。本輪搶答結(jié)束后，按下“ QDRET”鍵，數(shù)碼管上顯示都為 0，然后按照步驟 1 依次往下，開始進(jìn)行下一輪搶答。如果 99秒倒計(jì)時(shí)過程中無人按下?lián)尨疰I，則在倒計(jì)時(shí)為 “ 00”時(shí)蜂鳴器發(fā)出鳴叫，表明本輪過程無人搶答。 通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì) Ⅱ 15 結(jié) 論 按照任務(wù)要求，我們?cè)O(shè)計(jì)出 的搶答器具備 搶答鑒別、倒計(jì)時(shí)、數(shù)碼管顯示、報(bào)警提示等多種功能。 本 搶答器 能夠準(zhǔn)確判斷出第一位搶答 者，并且通過數(shù)顯、蜂鳴這些途徑能讓人們很容易得知誰是搶答成功者。根據(jù)不同比賽的需要，主持人 可以預(yù)設(shè)一定的回答限制時(shí)間，讓搶答者在規(guī)定時(shí)間內(nèi)答題，主持人根據(jù)答題結(jié)果評(píng)出最終贏家。 設(shè)計(jì)制作過程中遇到的問題及解決 方案 ： 1. VHDL 語法使用不規(guī)范： 當(dāng)我們編寫軟件程序的時(shí)，遇到了編譯錯(cuò)誤。細(xì)心閱讀 max+plus2 錯(cuò)誤提示和所編寫的程序后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)?VHDL 語法使用錯(cuò)誤。最后經(jīng)過翻閱 EDA 課本，熟悉相關(guān)語法后將其改正。 2. 搶答器項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模過大，與現(xiàn)有 CPLD 芯片不匹配： 按照我們最初的設(shè)計(jì)方案來設(shè)計(jì)的話，搶答器還可以實(shí)現(xiàn)計(jì)分功能。但是當(dāng)我們編寫好程序后，一經(jīng)編譯就會(huì)出現(xiàn)工程與器件無法適配的問題。查找原因后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)閿?shù)碼管顯示分?jǐn)?shù)功能占用芯片引腳過多，芯片無法匹配。最終我們?nèi)サ袅擞?jì)分功能，從而適配成功。 3. 引腳鎖定不完整，最終編譯無法通過： 處理了之前出現(xiàn)的幾個(gè)問題后，在最后編譯時(shí)未通過。細(xì)致查 看了錯(cuò)誤提示，發(fā)現(xiàn)是個(gè)別管腳未鎖定的原因。我們最終把各個(gè)管腳鎖定號(hào)碼一一檢查了一遍，從而通過了編譯。 本設(shè)計(jì)有 以下幾個(gè)可以 改進(jìn)的地方： 使本搶答器具有計(jì)分功能 ，可以使用引腳更多的 CPLD 芯片， 即使用更多的數(shù)碼管 來 實(shí)時(shí)顯示每個(gè)搶答選手的得分情況。 2. 現(xiàn)有的聲響提示模塊發(fā)出的提示聲音比較單調(diào)，不能滿足現(xiàn)在的搶答比賽要求。通過適當(dāng)添加幾種語音芯片，就可以讓蜂鳴器在不同的情況下發(fā)出美妙的聲響，能為比賽增添不少樂趣。 ，還可以使本項(xiàng)目升級(jí)為無線智能搶答器。 通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì) Ⅱ 16 致 謝 在本次課程設(shè)計(jì)中經(jīng)過各位同學(xué)的幫助和我的負(fù)責(zé)老師 鄭 老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，以及圖書館大量的資料和學(xué)校提供的必要器材 下才順利 完成 的 。 從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成， 鄭 老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持 ，以及我們組員的共同努力 。 同時(shí)實(shí)驗(yàn)室的開放也為同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)提供了實(shí)習(xí)場(chǎng)地。在此對(duì)侯寶生老師，鄭爭(zhēng)兵老師示忠心的感謝，對(duì)系上為我們提供這次機(jī)會(huì)表示感謝 ，這些不僅讓我學(xué)到了很多知識(shí)，鍛煉了自身的操作能力，更為以后的學(xué)習(xí)工作打下了良好的基礎(chǔ)。 通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì) Ⅱ