電子搶答器的EDA設計與實現

通過圖3(a)可以看出，當rst=1時，搶答無效，倒計時器初始值設為60s；當rst=O，且sta=O時，d組提前搶答，報警器開始報警，offen-der顯示犯規組別“0100”，說明提前犯規組別為d組。此后主持人按下rst鍵，使rst=1，此時報警器停止報警，系統進入初始狀態；而當rs-t=O且sta=1，a組搶答成功，計時使能信號en=1。當時鐘信號clk_lhz的上升沿來時，倒計時器開始計時，當a組在限定時間內回答完問題，主持人按下計時使能信號，使en=O，倒計時器停止計時，同時防止報警器報警。
而通過圖3(b)可以看出，當rst=O，sta=1時，a組搶答成功，但沒在限定時間內回答完問題，60s倒計時時間計為O時，報警器開始報警，offender顯示犯規組別為“0001”，說明超時犯規組別為a組；主持人按下復位鍵，使rst=l，報警器停止報警，offender顯示“0000”，即將犯規組別的號碼清零，系統重新進入初始狀態。
2．4 計分模塊的設計
計分模塊的主要功能是對搶答成功并答對的組別進行加分操作或對搶答成功但答錯的組別進行減分操作，同時通過譯碼顯示電路顯示出來。根據以上的功能設計要求，該模塊需要將加、減分操作add、sub和系統時鐘clk_lhz作為輸入信號，而各組別的分數顯示作為輸出信號aa0[3．．0]、bb0[3．．0]、cc0[3．．o]、dd0[3．．0]；為了確定給哪個組別加或減分，需要有一個搶答成功組別的輸入信號，可將其設為chose。為了使系統能進入下一輪的搶答，應設置系統復位輸入信號rst。其計分模塊的仿真模型如圖4所示。

通過圖4可以看出，當rst=l時，系統進入初始狀態，a、b、c、d組的初始分值都為5，當add=1，系統時鐘信號clk_lhz的一個上升沿到來時，就給chose當前鑒別的組別“0001”組加1分，當sub=1，系統時鐘信號clk_lhz來一個上升沿時，就給chose當前鑒別的組別“0010”組減1分。

3 電子搶答器的硬件驗證
本設計選用杭州康芯電子有限公司生產的GW48EDA系統作為硬件驗證系統，同時選用Altera公司的EPlK30TCl44-3作為主控芯片。該主控芯片是一種基于查找表結構的現場可編程邏輯器件，它的基本邏輯單元是可編程的查找表，能夠實現組合邏輯運算，并能用可編程寄存器實現時序邏輯運算。設計時，只需要對電子搶答器整體設計中的輸入輸出引腳作引腳鎖定，然后重新編譯、下載，就可以進行電子搶答器的硬件驗證了。實驗表明：本設計能夠實現電子搶答器的全部功能。

4 結束語
本文以現場可編程邏輯器件(FPGA)為設計載體，以硬件描述語言(VHDL)為主要表達方式，以QuartusⅡ開發軟件和GW48EDA開發系統為設計工具設計了一種具有第一搶答信號鑒別和鎖存、計時和計分，并可對提前搶答和超時搶答進行蜂鳴警示等功能的電子搶答器。闡述了電子搶答器的工作原理和軟硬件實現方法。并對電子搶答器的各部分模塊進行了時序仿真和硬件驗證，結果表明，該電路能夠實現其所要求的功能。另外，由于FPGA芯片體積小，功耗低，價格便宜，安全可靠，稍加修改就可以改變搶答器的搶答組別數，而且搶答時間設定和成績組成方式以及維護和升級都比較方便，同時也很容易做成ASIC芯片，因而具有較好的應用前景。