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现场网络化控制技术应用四路抢答器-1.doc

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基于 EPM7128SLC84-15N 的

四路抢答器

1.1 总体思路

对 CPLD 编程，采用自顶向下的方法。其原理是根据所要设计的系

统功能，将整个系统划分成几个主要模块，再将每个模块细分成几个子

模块，直到最底层的小模块容易编程实现为止。只需对底层元件编程实

现，最后将各模块连接起来组成所需的系统。

对于一个抢答器系统，可将其分为五个模块：选手抢答模块、抢答

启动模块、加减分模块、显示模块、蜂鸣器控制模块，如图 1 所示。

其中抢答启动模块具有启动抢答及启动定时功能，输出使能信号给

选手识别模块，以及抢答剩余时间给显示模块；选手识别模块完成锁存

抢答信号的功能，并输出选手号给显示模块；加减分模块储存各选手分

数，并将成功抢答的选手的分数进行加减后送显示模块显示；蜂鸣器对

抢答成功以及超时鸣声报警；显示模块对输入的数据进行显示。

1.2 设计内容

设计一智力竞赛抢答器，可同时供 8 名选手参加比赛。

给节目主持人设置一个控制开关，控制系统清零和抢答开始。

抢答器具有锁存功能和显示功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编

号立即锁存，并在 LED 数码管上显示选手编号，同时扬声器响，禁止其他选手抢

答。

抢答器具有抢答定时功能，时间由主持人确定。

参赛选手在设定的时间内抢答有效，定时器停止工作。

如果定时时间到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警，并封锁输入电路，

禁止超时抢答，定时器显示 00 。

为每组设计一个计分电路，0~999 分，可加分，也可减分。

抢答启动

选手抢答

加减分

显示

（抢答剩余时间、

抢答选手号、

选手得分）

蜂鸣器

图 1 总体框图

CLK1

START5

STAR20

RST

S_FLAG

图 2 按键识别子模块

各级模块设计

1、抢答启动模块

启动模块除了有启动的功能外，还要有启动定时的功能。定时时间

分为 5 秒和 20 秒两种，需要设置两个按键对应两种限时抢答。

为此，将本模块再划分为 2 个子模块，一个模块完成按键识别的功

能，根据主持人按下的键不同，输出不同的定时初值，及置数信号；另

一模块在置数信号有效的情况下，读入定时初值，并开始进行减 1 操作，

即倒计时功能。

1）按键识别子模块

如图 2 所示。按键的识别即对输入

信号进行电平变化检测，电平发生跳变

就认为是键被按下。但 VHDL 程序中一

个结构体内不能同时对两个信号进行

电平跳变的检测，所以对本模块的程序

设计采用状态机来实现，并使用统一的时钟信号来扫描按键的电平状

态。

对 START5 和 START20 两个按键定义三种状态，START5 按下为

图 3 按键识别模块状态转换图

ST0

ST1

ST2

“01”

其他

“11”

其他

“10”

其他

ST1 状态，此时两个按键“START5&START20 ”输入电平为“01 ”；

START20 按下为 ST2 状态，此时电平为“10”；两个都没按下为 ST0 状

态，此时电平为“11”。状态转换图如图 3 所示。

本模块程序为：

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY START_5_20 IS

PORT(CLK1,RST,START5,START20:IN STD_LOGIC;

B,A:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); --输出定时初值

S_FLAG:OUT STD_LOGIC); --置数信号

END ENTITY;

ARCHITECTURE ONE OF START_5_20 IS

SIGNAL DATAIN:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);

TYPE ST_TYPE IS (ST0,ST1,ST2); --定义状态

SIGNAL C_ST:ST_TYPE;

BEGIN

DATAIN<=START5&START20; --两个输入信号放在一起判断

PROCESS(RST,CLK1)

BEGIN

IF RST='0' THEN --复位

B<="0000";A<="0000";C_ST<=ST0;S_FLAG<='0';

ELSIF CLK1'EVENT AND CLK1='1' THEN

CASE C_ST IS

WHEN ST0=> IF DATAIN="01" THEN

C_ST<=ST1; --输入信号为 01，转 ST1 状态

S_FLAG<='1'; --置数信号有效

B<="0000";A<="0101"; --定时初值“05”

ELSIF DATAIN="10" THEN

C_ST<=ST2; --输入信号为 10，转 ST1 状态

S_FLAG<='1'; --置数信号有效

B<="0010";A<="0000"; --定时初值“20”

ELSE C_ST<=ST0; --输入信号为 11，保持 ST0 状态

END IF;

WHEN ST1=>IF DATAIN="11" THEN

C_ST<=ST0;--防按键抖动，为 11 时才转 ST0 状态

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