【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 統(tǒng)進(jìn)入搶答狀態(tài)，計(jì)時(shí)模塊輸出初始信號(hào)給數(shù)碼顯示模塊并顯示出初始值。當(dāng)某參賽組搶先將搶答鍵按下時(shí)，系統(tǒng)將其余七路搶答信號(hào)封鎖，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音提示，組別顯示模塊送出信號(hào)給數(shù)碼顯示模塊，從而顯示出該搶答成功組臺(tái)號(hào)，并一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。主持人對(duì)搶答結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，隨后 ，計(jì)時(shí)模塊送出倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)允許信號(hào)，開(kāi)始回答問(wèn)題，計(jì)時(shí)顯示器則從初始值開(kāi)始以計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)至 0 時(shí)，停止計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào)，以中止未回答完問(wèn)題。若參賽者在規(guī)定時(shí)間內(nèi)回答完問(wèn)題，主持人可給出倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)停止信號(hào)，以免揚(yáng)聲器鳴叫。主持人按下復(fù)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(kāi)始新的一輪的搶答。 此搶答器的設(shè)計(jì)中采用自頂向下的設(shè)計(jì)思路，運(yùn)用 VHDL 硬件描述語(yǔ)言對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行層次化、系統(tǒng)化的描述，并且先設(shè)計(jì)一個(gè)頂層文件，再把各個(gè)模塊連接起來(lái)系統(tǒng)的總體框圖如下： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 39 頁(yè) 圖 421 系統(tǒng)的總體框圖 子模塊的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn) 根據(jù)對(duì)搶答器的功能要求，把要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)劃分為六個(gè)功能模塊：搶答信號(hào)鑒別模塊、鎖存模塊、編碼模塊、計(jì)時(shí)模塊、譯碼顯示模塊和揚(yáng)聲器控制電路，具體的說(shuō)，顯示模塊又包含最先搶答的組別顯示電路、計(jì)時(shí)值顯示電路。 鑒別模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 搶答鑒別模塊用來(lái)準(zhǔn)確直觀地判斷 S S S S S S S S8 八組搶答者誰(shuí)最先按下按鈕 ,并為顯示端送出信號(hào)，通過(guò)數(shù)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(gè)系統(tǒng)的核心部分。同時(shí)組別顯示端為下一模塊輸 入信號(hào)，以方便主持人為該組搶答成功者進(jìn)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(hào)：各組的搶答按鈕 S S S S S S S S8，系統(tǒng)清零信號(hào) CLR，反饋使能端 OE。 輸出信號(hào)： 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(gè)按下鍵的小組，搶答信號(hào)判定模塊 QDJB 通過(guò)緩沖輸出信號(hào)的反饋將本參賽組搶先按下按鍵的信號(hào)鎖存，并且以異步清零的方式將其他參賽組的按鍵信號(hào)屏蔽，顯示組別直到主持人對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行 清零操作時(shí)為止。 當(dāng) CLR=1 時(shí)系統(tǒng)復(fù)位，搶答被屏蔽；當(dāng)CLR=0 時(shí)，即低電平有效，且 OE 為低電平時(shí)，使其進(jìn)入搶答鑒別狀態(tài)，到 CLK 的上升沿到來(lái)時(shí)，以 S1 組搶答成功為例，當(dāng)輸入信號(hào)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(shí)屏蔽其他組的輸入信號(hào)，以免發(fā)生錯(cuò)誤。同搶答鑒別 復(fù)位控制 組別鎖存 聲音報(bào)警 答題倒計(jì)時(shí) 譯碼輸出 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 39 頁(yè) 理其他組別搶答成功也是這樣的鑒別過(guò)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(dāng)清零端有效時(shí)，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(dāng)清零無(wú)效，且 OE 為 0 時(shí)，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(jié)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 39 頁(yè) 鎖存反饋 模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 當(dāng)搶答鑒別模塊成功將各個(gè)搶答組的搶答信號(hào)輸出后后，必須由鎖存電路來(lái)將搶答信號(hào)中最先搶答的組別鎖定，禁止其他組的信號(hào)顯示出來(lái)，這個(gè)模塊是整個(gè)電路中最重要的地方，這個(gè)模塊直接影響主持人對(duì)比賽公平進(jìn)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(hào)： D D D D D D D D8 是各組的搶答信號(hào)。 輸出信號(hào)： Q 是鎖存反饋信號(hào)。 工作原理：當(dāng) D D D D D D D D8 各組的搶答信號(hào)進(jìn)入鎖存模塊時(shí)，在鎖存模塊中，對(duì)輸入的 各個(gè)信號(hào)的信息進(jìn)行或的關(guān)系運(yùn)算，將計(jì)算結(jié)果輸給 Q，通過(guò) Q向外輸出。最后將 Q 值反饋給 QDJB 模塊，對(duì)本次的搶答進(jìn)行鎖存，并將鎖存結(jié)果輸出給下一級(jí)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(dāng)任何一個(gè)輸入為 1 時(shí) , 將 1 賦給 q Else q=39。039。 \\…………… 當(dāng)輸入全為 0 時(shí) ,將 0 賦給 q End if。 該模塊在 Maxplus II 軟件中的仿真結(jié)果圖如下圖： 圖 435 鎖存反饋模塊的仿真圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 39 頁(yè) 編碼模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 當(dāng)被所存的信號(hào)被送到編碼模塊后，該模塊會(huì)將送到的各個(gè)組的信息進(jìn)行編碼。該模塊在總體電路中起到對(duì)輸出信號(hào)的編碼的作用，以便后級(jí)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(hào)：鎖存后的信號(hào)輸入端為 Q Q Q Q Q Q Q Q8，模塊清零端為 CLR. 輸出信號(hào)：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(guò)編程的方法，實(shí)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(hào)就是 01000000，這時(shí)，編碼器就將改信號(hào)編碼成 0111，從 M 端輸出，同時(shí) 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(dāng)輸入信號(hào)為 10000000 的時(shí)候，將信號(hào)編碼成 0001，并賦給 M。 WHEN01000000=M=0010。 \\……… 當(dāng)輸入信號(hào)為 01000000 的時(shí)候，將信號(hào)編碼成 0010，并賦給 M。 WHEN00100000=M=0011。 \\……… 當(dāng)輸入信號(hào)為 00100000 的時(shí)候，將信號(hào)編碼成 0011，并賦給 M。 WHEN00010000=M=0100。 \\……… 當(dāng)輸入信號(hào)為 00010000 的時(shí)候，將信號(hào)編碼成 0100，并賦給 M。 WHEN00001000=M=0101。 \\……… 當(dāng)輸入信號(hào)為 00001000 的時(shí)候，將信號(hào)編碼成 0101，并賦給 M。 WHEN00000100=M=0110。 \\……… 當(dāng)輸 入信號(hào)為 00000100 的時(shí)候，將信號(hào)編碼成 0110，并賦給 M。 WHEN00000010=M=0111。 \\……… 當(dāng)輸入信號(hào)為 00000010 的時(shí)候，將信號(hào)編陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 39 頁(yè) 碼成 0111，并賦給 M。 WHEN00000001=M=1000。 \\……… 當(dāng)輸入信號(hào)為 00000001 的時(shí)候，將信號(hào)編碼成 1000，并賦給 M。 WHEN OTHERS=M=1111。 \\……… 當(dāng)輸入信號(hào)不是以上幾種形式的時(shí)候，將信號(hào)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(shí)刻，將八個(gè)輸入信號(hào)與 CLR 信號(hào)進(jìn)行或的關(guān)系，然后將值賦予 EN 該模塊在 Maxplus II 軟件中的仿真結(jié)果圖如下圖： 圖 437 編碼模塊仿真圖 聲音報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 當(dāng)某組的選手搶答成功之后，為了讓主持人第一時(shí)間反應(yīng)到搶答的成功，系統(tǒng)需要設(shè)置一個(gè)聲響報(bào)警裝置，來(lái)提示主持人對(duì)其他選手的搶答信號(hào)進(jìn)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(shí)間，為比賽的順利進(jìn)行爭(zhēng)取時(shí)間。聲音報(bào)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(hào)：時(shí)鐘信號(hào) CLK，復(fù)位端 CLR，聲音響起的使能端 EN 。 輸出信號(hào)：聲音響起的輸出端 SOUND。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 39 頁(yè) 工作原理 :當(dāng)時(shí)鐘脈沖的上升沿到來(lái)，并且高電平有效時(shí)， EN 端為高電平， CLR 端的信號(hào)是低電平時(shí)， SOUND 端輸出高電平，即聲音響起；當(dāng) CLR 為高電平時(shí)屏蔽一切 EN 端的信號(hào)， 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(dāng)清零有效且使能端 EN 為高電平時(shí) 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(jié)果圖如下圖 ： 圖 4310 聲音報(bào)警模塊仿真圖 答題倒計(jì)時(shí)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 當(dāng)某組搶答成功后，需要由搶答成功的組的組員來(lái)回答問(wèn)題，而這期間必須有時(shí)間限制，讓比賽盡快地順利的進(jìn)行，而回答問(wèn)題的開(kāi)始和結(jié)束都必須由主持人來(lái)掌握，該模塊的元件圖如下圖所示 ： 使能端信號(hào) SOUND=0 聲音不響起 SOUND=1 聲音響起 CLR=1 CLR=0 EN=1 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 39 頁(yè) 圖 4311 倒計(jì)時(shí)器模塊元件圖 引腳作用： 輸入信號(hào)：時(shí)鐘信號(hào) CLK，復(fù)位端 CLR，倒計(jì)時(shí)使能端 EN 。 輸出信號(hào)：倒計(jì)時(shí)高位顯示端 H[3..0]，倒計(jì)時(shí)低位顯示端 L[3..0],倒計(jì)時(shí)結(jié)束聲音報(bào)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(hào)使倒計(jì)時(shí)開(kāi)始 計(jì)時(shí)如果計(jì)時(shí)到 30 秒的時(shí)候聲音就會(huì)響起給主持人提供信息說(shuō)明搶答隊(duì)員已經(jīng)超過(guò)了規(guī)定的時(shí)間，主持人會(huì)根據(jù)自己的主觀意愿宣部此次搶答有效或無(wú)效。總的來(lái)說(shuō)倒計(jì)時(shí)起到提醒參賽者時(shí)間的結(jié)束，并起到給主持人提示的作用。倒計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)思想 :倒計(jì)時(shí)需要用兩個(gè)數(shù)碼管顯示，其中一個(gè)數(shù)碼管顯示十位（ H）另一個(gè)顯示個(gè)位（ L），它們都用二進(jìn)制表示，當(dāng)參賽者搶答成功時(shí)，主持人給出是否有效，如果有效就把使能信號(hào) EN 賦低電平，倒計(jì)時(shí)開(kāi)始工作，當(dāng)時(shí)鐘脈沖（ CLK）有效的時(shí)候倒計(jì)時(shí)就開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)個(gè)位變成零的時(shí)候程序就會(huì)使十位減 1并且個(gè)位變成 9，如 果個(gè)位沒(méi)有變成零的時(shí)候個(gè)位在時(shí)鐘脈沖上升沿的時(shí)候自動(dòng)減 1，十位保持不變。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，會(huì)有聲音響起，提醒回答者和主持人回答超時(shí)，主持人對(duì)倒計(jì)時(shí)進(jìn)行復(fù)位，回答結(jié)束。 原理框圖如下圖： 圖 4312 倒計(jì)時(shí)模塊原理框圖 選手搶答 CLR=1 OE=0 開(kāi)始倒計(jì)時(shí) 倒計(jì)時(shí)到 00 聲音響起 OE 賦給 1 倒計(jì)時(shí)置數(shù) 30 關(guān)閉聲音 CLR=0 倒計(jì)時(shí)不啟動(dòng) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 39 頁(yè) 部分源程序如下所示： IF CLR=39。039。 THEN \\…………… 當(dāng)清零有效的時(shí)候 HH: =0011。 \\…………… 清零時(shí)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(shí)候 IF LL=0 AND HH=0 THEN