Question

用EDA设计智力抢答器

设计要求：(1) 设计制作一个可容纳四组参赛者的数字智力抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。
(2) 电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。
(3) 设置计分电路。
(4) 设置犯规电路。
设计参考方案：系统的输入信号有：各组的抢答按钮A、B、C、D，系统清零信号CLR，系统时钟信号CLK，计分复位端RST，加分按钮端ADD，计时预置控制端LDN，计时使能端EN，计时预置数据调整按钮可以用如TA、TB表示；系统的输出信号有：四个组抢答成功与否的指示灯控制信号输出口可用如LEDA、LEDB、LEDC、LEDD表示，四个组抢答时的计时数码显示控制信号若干，抢答成功组别显示的控制信号若干，各组计分动态显示的控制信号若干。整个系统至少有三个主要模块：抢答鉴别模块；抢答计时模块；抢答计分模块。其他功能自行增加设计。

Answer 1

抢答器
通信081 李笑笑 082278
一、简要说明
在进行智力竞赛抢答题比赛时，在一定时间内，各参赛者考虑好答案后都想抢先答题。如果没有合适的设备，有时难以分清他们的先后，使主持人感到为难。为了使比赛能顺利进行，需要有一个能判断抢答先后的设备，我们将它称为智力竞赛抢答器。
二、设计要求
1．最多可容纳15名选手或15个代表队参加比赛，他们的编号分别为1到15，各用一个抢答按钮，其编号与参赛者的号码一一对应。此外，还有一个按钮给主持人用来清零，主持人清零后才可进行下一次抢答。
2．抢答器具有数据锁存功能，并将所锁存的数据用LED数码管显示出来。在主持人将抢答器清零后，若有参赛者按抢答按钮，数码管立即显示出最先动作的选手的编号，抢答器对参赛选手动作的先后有很强的分辨能力，即较他们动作的先后只相差几毫秒，抢答器也能分辨出来。数码管不显示后动作选手的编号，只显示先动作选手的编号，并保持到主持人清零为止。
3.在各抢答按钮为常态时，主持人可用清零按钮将数码管变为零状态，直至有人使用抢答按钮为止。抢答时间设为10秒。在10秒后若没有参赛者按抢答按钮，抢答按钮无效。并保持到主持人清零为止。
三、设计提示
1． 输入输出信号
输出显示的位扫描时钟信号可以作为键盘输入的检测扫描信号。10秒定时计数器的时钟信号可以选2Hz的时钟。复位信号用来使10秒定时器和键盘编码器清零。15个按键输入信号应进行编码。A—G数码管段驱动信号。SEG0，SEGl数码管位驱动信号。
2．系统功能
按下异步复位键，10秒定时器和键盘编码器清零。放开异步复位健后，启动定时器，并允许键盘编码器扫描信号输入端，如在10秒内发现有输入信号，将其编码输出，同时使定时器停止计时；否则，停止扫描编码和定时，直到再次按下异步复位健键。把16进制编码转换为十进制码，经译码后显示。
3.设计框图如图：
四、程序代码
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
use ieee.std_logic_arith.all;

entity answer is
port(
KEY_IN: in std_logic_vector(15 downto 1);
CLEAR: in std_logic;
SCANCLK: in std_logic;
CLK1S: in std_logic;
LED_OUT: out std_logic_vector(6 downto 0);
SCAN_OUT: out std_logic;
SOUND_OUT: out std_logic
);
end answer;

architecture rtl of answer is
signal KEY_CODE: integer range 0 to 15;
signal KEY_CODE_REG: integer range 0 to 15;
signal KEY_EN: std_logic;
signal NUM1: integer range 0 to 9;
signal NUM2: integer range 0 to 9;
signal KEY_EN1,KEY_EN2: std_logic;
signal KEY_IN1,KEY_IN2,KEY_INS: std_logic_vector(15 downto 1);
signal HEX: integer range 0 to 9;
signal TIME_CNT: std_logic_vector(3 downto 0);
begin

process(KEY_EN,KEY_IN,SCANCLK,CLEAR)
begin
if CLEAR = '0' then
KEY_CODE_REG<=0;
elsif SCANCLK'event and SCANCLK = '1' then
if KEY_CODE_REG = 0 then
KEY_CODE_REG<=KEY_CODE;
end if;
end if;
end process;

process(SCANCLK,CLEAR,KEY_IN)
begin
if SCANCLK'event and SCANCLK = '1' then
KEY_IN2 <= KEY_IN1;
KEY_IN1 <= KEY_IN;
end if;
end process;

KEY_INS<=not KEY_IN2 or KEY_IN1;

KEY_CODE<=0 when KEY_EN = '0' else
1 when KEY_INS(1)='0' else
2 when KEY_INS(2)='0' else
3 when KEY_INS(3)='0' else
4 when KEY_INS(4)='0' else
5 when KEY_INS(5)='0' else
6 when KEY_INS(6)='0' else
7 when KEY_INS(7)='0' else
8 when KEY_INS(8)='0' else
9 when KEY_INS(9)='0' else
10 when KEY_INS(10)='0' else
11 when KEY_INS(11)='0' else
12 when KEY_INS(12)='0' else
13 when KEY_INS(13)='0' else
14 when KEY_INS(14)='0' else
15 when KEY_INS(15)='0' else
0 ;
process(CLK1S,CLEAR,KEY_EN)
begin
if CLEAR = '0' then
TIME_CNT <= "0000";
elsif CLK1S'event and CLK1S = '1' then
if KEY_EN='1' then
TIME_CNT<=TIME_CNT + 1;
end if;
end if;
end process;

KEY_EN<='1' when KEY_CODE_REG = 0 and TIME_CNT<=9 else '0';

process(CLK1S,CLEAR,KEY_EN)
begin
if CLEAR = '0' then
KEY_EN1 <= '1';
KEY_EN2 <= '1';
elsif CLK1S'event and CLK1S = '1' then
KEY_EN2 <= KEY_EN1;
KEY_EN1 <= KEY_EN;
end if;
end process;

SOUND_OUT<=SCANCLK when KEY_EN1='0' and KEY_EN2='1' else '0';

with HEX select
LED_OUT<="0000110" when 1,
"1011011" when 2,
"1001111" when 3,
"1100110" when 4,
"1101101" when 5,
"1111101" when 6,
"0000111" when 7,
"1111111" when 8,
"1101111" when 9,
"0111111" when OTHERS;

HEX<= NUM1 when SCANCLK='0' else NUM2;

NUM2<=1 when KEY_CODE_REG>9 ELSE 0;
NUM1<=KEY_CODE_REG when KEY_CODE_REG<=9 ELSE KEY_CODE_REG-10;
SCAN_OUT <= SCANCLK;
end rtl;