【文章內容簡介】 搶答過程：主持人按下系統(tǒng)復位鍵（ CLR），系統(tǒng)進入搶答狀態(tài)，計時模塊輸出初始信號給數碼顯示模塊并顯示出初始值。當某參賽組搶先將搶答鍵按下時，系統(tǒng)將其余七路搶答信號封鎖，同時揚聲器發(fā)出聲音提示，組別顯示模塊送出信號給數碼顯示模塊，從而顯示出該搶答成功組臺號，并一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。主持人對搶答結果進行確認，隨后， 計時模塊送出倒計時計數允許信號，開始回答問題，計時顯示器則從初始值開始以計時。計時至 0時，停止計時，揚聲器發(fā)出超時報警信號，以中止未回答完問題。若參賽者在規(guī)定時間內回答完問題，主持人可給出倒計時計數停止信號，以免揚聲器鳴叫。主持人按下復位鍵，即 CLR 為低電平有效狀態(tài)，清除前一次的搶答組別，又可開始新的一輪的搶答。 此搶答器的設計中采用自頂向下的設計思路，運用 VHDL 硬件描述語言對各個模塊進行層次化、系統(tǒng)化的描述，并且先設計一個頂層文件，再把各個模塊連接起來系統(tǒng)的總體框圖如下： 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 6 頁 共 39 頁 圖 421 系統(tǒng)的總體框圖 子模塊的設計思想和實現(xiàn) 根據對搶答器的功能要求，把要設計的系統(tǒng)劃分為六個功能模塊：搶答信號鑒別模塊、鎖存模塊、編碼模塊、計時模塊、譯碼顯示模塊和揚聲器控制電路，具體的說，顯示模塊又包含最先搶答的組別顯示電路、計時值顯示電路。 鑒別模塊的設計與實現(xiàn) 搶答鑒別模塊用來準確直觀地判斷 S S S S S S S S8 八組搶答者誰最先按下按鈕 ,并為顯示端送出信號，通過數顯和蜂鳴等途徑使觀眾能夠清楚地知道是哪一組搶答成功，是整個系統(tǒng)的核心部分。同時組別顯示端為下一模塊輸入 信號，以方便主持人為該組搶答成功者進行下一步的操作。 搶答鑒別模塊的元件圖如下圖所： 圖 431 鑒別模塊元件框圖 引腳作用： 輸入信號：各組的搶答按鈕 S S S S S S S S8，系統(tǒng)清零信號 CLR，反饋使能端 OE。 輸出信號： 各組的搶答按鈕顯示端 q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7,q8。 工作原理： 第一個按下鍵的小組，搶答信號判定模塊 QDJB 通過緩沖輸出信號的反饋將本參賽組搶先按下按鍵的信號鎖存，并且以異步清零的方式將其他參賽組的按鍵信號屏蔽，顯示組別直到主持人對系統(tǒng)進行清 零操作時為止。 當 CLR=1 時系統(tǒng)復位，搶答被屏蔽；當CLR=0 時，即低電平有效，且 OE 為低電平時，使其進入搶答鑒別狀態(tài)，到 CLK 的上升沿到來時，以 S1 組搶答成功為例，當輸入信號為 S1=1， S2=0， S3=0， S4=0， S5=0， S6=0，S7=0， S8=0，即為鑒別出 S1 組搶答成功，同時屏蔽其他組的輸入信號，以免發(fā)生錯誤。同搶答鑒別 復位控制 組別鎖存 聲音報警 答題倒計時 譯碼輸出 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 7 頁 共 39 頁 理其他組別搶答成功也是這樣的鑒別過程。部分源程序如下所示： IF (CLR =39。139。) THEN Q1=39。039。 Q2=39。039。 Q3=39。039。 Q4=39。039。 Q5=39。039。 Q6=39。039。 Q7=39。039。 Q8=39。039。 \\……… 當清零端有效時，所有的輸出賦值為 0 ELSIF (OE=39。039。) THEN Q1=S1。 Q2=S2。 Q3=S3。 Q4=S4。 Q5=S5。 Q6=S6。 Q7=S7。 Q8=S8。 \\……… 當清零無效，且 OE 為 0 時，將輸入賦給輸出 原理框圖如下： 圖 432 搶答鑒別模塊原理圖 該模塊在 Maxplus II軟件中的仿真結果圖如下圖： 圖 433 鑒別模塊仿真圖 輸出全為零 選手搶答 輸出搶答組別 輸入等于輸出 搶答成功 CLR=1 CLR=0 OE=0 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 8 頁 共 39 頁 鎖存反饋模 塊的設計與實現(xiàn) 當搶答鑒別模塊成功將各個搶答組的搶答信號輸出后后，必須由鎖存電路來將搶答信號中最先搶答的組別鎖定，禁止其他組的信號顯示出來，這個模塊是整個電路中最重要的地方，這個模塊直接影響主持人對比賽公平進行的判斷。鎖存模塊的元件圖如下圖所示： 圖 434 鎖存模塊元件圖 引腳作用： 輸入信號： D D D D D D D D8 是各組的搶答信號。 輸出信號： Q 是鎖存反饋信號。 工作原理：當 D D D D D D D D8 各組的搶答信號進入鎖存模塊時，在鎖存模塊中，對輸入的各 個信號的信息進行或的關系運算，將計算結果輸給 Q，通過 Q向外輸出。最后將 Q 值反饋給 QDJB 模塊，對本次的搶答進行鎖存，并將鎖存結果輸出給下一級電路。部分源程序如下所示： If d1=39。139。 or d2=39。139。 or d3=39。139。 or d4=39。139。 or d5=39。139。 or d6=39。139。 or d7=39。139。 or d8=39。139。then q=39。139。 \\…………… 當任何一個輸入為 1 時 , 將 1 賦給 q Else q=39。039。 \\…………… 當輸入全為 0 時 ,將 0 賦給 q End if。 該模塊在 Maxplus II 軟件中的仿真結果圖如下圖： 圖 435 鎖存反饋模塊的仿真圖 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 9 頁 共 39 頁 編碼模塊的設計與實現(xiàn) 當被所存的信號被送到編碼模塊后，該模塊會將送到的各個組的信息進行編碼。該模塊在總體電路中起到對輸出信號的編碼的作用，以便后級的譯碼顯示電路正確顯示。編碼模塊的元件圖如下圖所示 ： 圖 436 編碼模塊元件圖 引腳作用： 輸入信號：鎖存后的信號輸入端為 Q Q Q Q Q Q Q Q8，模塊清零端為 CLR. 輸出信號：編碼后的輸出端為 M[3..0]，聲音響起的使能端為 EN。 工作原理： 通過編程的方法，實現(xiàn)編碼的功能，例如 S7 組搶答成功，那么送到編碼模塊的信號就是 01000000，這時，編碼器就將改信號編碼成 0111，從 M 端輸出，同時 EN 端跳變成高電平輸出。部分源程序如下所示： TEMP: =Q1amp。Q2amp。Q3amp。Q4amp。Q5amp。Q6amp。Q7amp。Q8。 CASE TEMP I WHEN10000000=M=0001。 \\……… 當輸入信號為 10000000 的時候，將信號編碼成 0001，并賦給 M。 WHEN01000000=M=0010。 \\……… 當輸入信號為 01000000 的 時候，將信號編碼成 0010，并賦給 M。 WHEN00100000=M=0011。 \\……… 當輸入信號為 00100000 的時候，將信號編碼成 0011，并賦給 M。 WHEN00010000=M=0100。 \\……… 當輸入信號為 00010000 的時候，將信號編碼成 0100，并賦給 M。 WHEN00001000=M=0101。 \\……… 當輸入信號為 00001000 的時候，將信號編碼成 0101，并賦給 M。 WHEN00000100=M=0110。 \\……… 當輸入 信號為 00000100 的時候，將信號編碼成 0110，并賦給 M。 WHEN00000010=M=0111。 \\……… 當輸入信號為 00000010 的時候，將信號編陜西理工學院畢業(yè)設計 第 10 頁 共 39 頁 碼成 0111，并賦給 M。 WHEN00000001=M=1000。 \\……… 當輸入信號為 00000001 的時候，將信號編碼成 1000，并賦給 M。 WHEN OTHERS=M=1111。 \\……… 當輸入信號不是以上幾種形式的時候，將信號編碼成 1111，并賦給 M。 END CASE。 EN = TEMP(7) OR TEMP(6) OR TEMP(5) OR TEMP(4) OR TEMP(3) OR TEMP(2) OR TEMP(1) OR TEMP(0) OR CLR。 \\……… 在同一時刻，將八個輸入信號與 CLR 信號進行或的關系，然后將值賦予 EN 該模塊在 Maxplus II 軟件中的仿真結果圖如下圖： 圖 437 編碼模塊仿真圖 聲音報警模塊的設計與實現(xiàn) 當某組的選手搶答成功之后，為了讓主持人第一時間反應到搶答的成功，系統(tǒng)需要設置一個聲響報警裝置，來提示主持人對其他選手的搶答信號進行屏蔽。該 模塊在系統(tǒng)中是十分必要的，聲音響起，可以節(jié)約不少時間，為比賽的順利進行爭取時間。聲音報警模塊的元件圖如下圖所示： 圖 438 發(fā)聲模塊的元件圖 引腳作用： 輸入信號：時鐘信號 CLK，復位端 CLR，聲音響起的使能端 EN 。 輸出信號：聲音響起的輸出端 SOUND。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 11 頁 共 39 頁 工作原理 :當時鐘脈沖的上升沿到來，并且高電平有效時， EN 端為高電平， CLR 端的信號是低電平時， SOUND 端輸出高電平，即聲音響起；當 CLR 為高電平時屏蔽一切 EN 端的信號， SOUND 端輸出低電平，聲音不響起。 原理框圖如下圖： 圖 439 發(fā)聲模塊的原理框圖 部分源程序如下所示： IF (CLK39。EVENT AND CLK=39。139。) THEN IF (CLR=39。039。 AND EN=39。139。) THEN \\………… 當清零有效且使能端 EN 為高電平時 SOUND=39。139。 \\…………… 聲音響起 ELSE SOUND=39。039。 \\…………… 聲音不響起 END IF。 END IF。 該模塊在 Maxplus II 軟件中的仿真結果圖如下圖 ： 圖 4310 聲音報警模塊仿真圖 答題倒計時模塊的設計與實現(xiàn) 當某組搶答成功后，需要由搶答成功的組的組員來回答問題，而這期間必須有時間限制，讓比賽盡快地順利的進行，而回答問題的開始和結束都必須由主持人來掌握，該模塊的元件圖如下圖所示 ： 使能端信號 SOUND=0 聲音不響起 SOUND=1 聲音響起 CLR=1 CLR=0 EN=1 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 12 頁 共 39 頁 圖 4311 倒計時器模塊元件圖 引腳作用： 輸入信號：時鐘信號 CLK，復位端 CLR，倒計時使能端 EN 。 輸出信號：倒計時高位顯示端 H[3..0]，倒計時低位顯示端 L[3..0],倒計時結束聲音報警端 SOUND1。 工作原理：如果一組搶答成功，主持人給出判斷并給出使能信號使倒計時開始計 時如果計時到 30 秒的時候聲音就會響起給主持人提供信息說明搶答隊員已經超過了規(guī)定的時間，主持人會根據自己的主觀意愿宣部此次搶答有效或無效?？偟膩碚f倒計時起到提醒參賽者時間的結束，并起到給主持人提示的作用。倒計時的設計思想 :倒計時需要用兩個數碼管顯示，其中一個數碼管顯示十位（ H）另一個顯示個位（ L），它們都用二進制表示，當參賽者搶答成功時，主持人給出是否有效，如果有效就把使能信號 EN 賦低電平，倒計時開始工作，當時鐘脈沖（ CLK）有效的時候倒計時就開始計時，當個位變成零的時候程序就會使十位減 1并且個位變成 9，如果 個位沒有變成零的時候個位在時鐘脈沖上升沿的時候自動減 1，十位保持不變。當倒計時結束時，會有聲音響起，提醒回答者和主持人回答超時，主持人對倒計時進行復位，回答結束。 原理框圖如下圖： 圖 4312 倒計時模塊原理框圖 選手搶答 CLR=1 OE=0 開始倒計時 倒計時到 00 聲音響起 OE 賦給 1 倒計時置數 30 關閉聲音 CLR=0 倒計時不啟動 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 13 頁 共 39 頁 部分源程序如下所示： IF CLR=39。039。 THEN \\…………… 當清零有效的時候 HH: =0011。 \\…………… 清零時賦初始 LL: =0000。 ELSE IF CLK39。EVENT AND CLK=39。139。THEN IF EN=39。039。THEN \\………………… 使能有效的時候 I