温州大学瓯江学院
WENZHOU UNIVERSITY OUJIANG COLLEGE
本科毕业设计（论文）
( 2011届)
题 目：
电子抢答器的设计
专 业： 电子信息工程 班 级： 07电子信息工程本二 姓 名： 王立峰 学 号： 07202053323 指导教师： 林志源 职 称： 讲师 完成日期： 2011年3月15日
温州大学瓯江学院本科毕业论文
摘 要
随着电子技术的发展，现在的抢答器功能越来越强，可靠性和准确性也越来越高。以前的抢答器大部分都是基于传统数字电路组成的。制作过程复杂，而且准确性与可靠性不高，成品面积大，安装、维护困难。由于近年来电子技术发展迅速，逐渐出现用现场可编辑逻辑门阵列（简称FPGA）制作抢答器，使得电子系统的设计者利用EDA软件，就可以独立设计自己的专用集成电路（ASIC）器件。制作过程简单，而且安装、维护简单。
本设计是应用Spartan-3E 芯片作为核心，七段LED共阴数码管显示。抢答器可以容纳四组参赛者同时抢答，系统具有清零功能，电子抢答器还具有计分功能和倒计时功能。如果抢答成功，主持人给出倒计时计时允许信号，计时显示器开始30秒倒计时，参赛者满足得分条件，则增加相应的分数，答错不扣分。
关键词：FPGA；抢答器；EDA
II
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Abstract
With the development of electronic technology, the Responder is now more powerful, more and more high reliability and accuracy. Most of the previous Responder composed of digital circuits based on the traditional. Complex production process, and the accuracy and reliability is not high, finished area, installation, maintenance difficulties. The rapid development of electronic technology in recent years, emerged with a field-programmable logic gate array (referred to as the FPGA) Responder production, making use of electronic system designers EDA software to design their own independently-specific integrated circuit (ASIC) devices. Production process is simple, and the installation and simple maintenance.
This design is the application of Spartan-3E chip as the core, common cathode seven segment LED digital display. Responder can accommodate four groups of participants answer in the same time, the system has cleared, e-Responder also has a scoring function and countdown functions. If the answer in successfully, the host gives the countdown timer enable signal, time display 30-second countdown began, participants meet the scoring conditions, the corresponding increase in the score, wrong answers are not penalized.
Key words: FPGA; Responder; EDA
III
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目 录
1 绪论 ..................................................................................................................... - 1 -
1.1 前言 ............................................................................................................. - 1 - 1.2 电子抢答器研究的背景与意义 ................................................................. - 1 - 1.3 系统设计要求 ............................................................................................. - 2 - 2 电子抢答器总体设计方案 ................................................................................. - 3 -
2.1 系统总体方案设计 ..................................................................................... - 3 - 2.2 主控芯片简介 ............................................................................................. - 3 - 2.2.1 FPGA的发展与趋势 ............................................................................... - 3 - 2.2.2 FPGA工作原理和基本特点 ................................................................ - 4 - 2.2.3 FPGA配置模式 .................................................................................... - 4 - 2.3 关于EDA ................................................................................................. - 5 - 2.4.1 关于VHDL ........................................................................................... - 5 - 2.4.2 VHDL主要特点 ................................................................................... - 6 - 3 电子抢答器的系统设计方案和主要模块设计 ................................................. - 8 -
3.1 系统具体方案设计 ..................................................................................... - 8 - 3.2 主要模块设计 ............................................................................................. - 9 - 3.2.1 第一判断电路 ...................................................................................... - 10 - 3.2.2 计分电路 .............................................................................................. - 10 - 3.2.3 倒计时电路 .......................................................................................... - 11 - 3.2.4 显示电路 .............................................................................................. - 11 - 3.2.5 位选选择电路 ...................................................................................... - 12 - 4电子抢答器系统仿真与分析 .............................................................................. - 13 -
4.1 系统总原理图分析与仿真 ....................................................................... - 13 - 4.2第一抢答判断模块仿真 ............................................................................ - 14 - 4.3 计分电路模块仿真 ................................................................................... - 14 - 4.4 倒计时模块仿真 ....................................................................................... - 15 - 4.5 显示电路的仿真 ....................................................................................... - 15 - 4.6 位选选择电路仿真 ................................................................................... - 16 - 5 结论 ................................................................................................................... - 18 - 致谢 ......................................................................................................................... - 19 -
附录Ⅰ 原理图 ................................................................................................ - 21 - 附录Ⅱ 元器件清单 ........................................................................................ - 22 - 附录Ⅲ 源程序清单 ........................................................................................ - 23 -
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1 绪论
1.1 前言
抢答环节经常出现在竞赛、文体娱乐等活动中，它能够准确、公正、直观地根据抢答者的指示灯显示、数码显示和警示显示等手段指示出第一抢答者。一般，竞赛抢答器除了第一抢答信号的鉴别和锁存功能，还能对提前抢答进行报警，计算和显示各组竞赛者的比赛得分。为了保证各种智力竞赛、比赛的准确和公正性，所以对电子抢答器的研究就有着其重要的意义。
1.2 电子抢答器研究的背景与意义
随着计算机技术、电子技术的迅速发展以及集成电路生产工艺的不断提高，电子产品的更新换代日新月异。其中数字电路系统设计的电路规模更大，集成度更高，而且要求设计周期短，灵活性强，面对不同的用户，能方便修改和迅速升级。传统的手机设计和分立元件设计显然是不能适应这些要求的，数字电路的设计方法从手工、分立、小型化、纯硬件的设计方法逐渐变成运用计算机、大规模地、软硬件协同设计的大规模专用集成电路设计。也就是说，以计算机为主要开发工具，在EDA（电子设计自动化）开发软件平台上，对硬件描述语言（Haedware Description Language,HDL)描述的数字电路系统，自动地完成编译、逻辑化简、逻辑综合和布局布线，以及进行优化和仿真测试。因此，EDA技术成为现代电子设计工程师必须掌握的技术。采用EDA技术进行数字集成电路的设计开发，可以极大的提高电子产品设计的正确性、缩短产品的开发周期以及增加产品修改的灵活性。
随着电子技术的发展，现在的抢答器功能越来越强，可靠性和准确性也越来越高。以前的抢答器大部分都是基于传统数字电路组成的。制作过程复杂，而且准确性与可靠性不高，成品面积大，安装、维护困难。由于近年来电子技术发展迅速，逐渐出现用可编程门阵列（简称FPGA）制作抢答器，使得电子系统的设计者利用EDA（电子设计自动化）软件，就可以独立设计自己专用的集成电路(ASIC）器件。制作过程简单，而且安装、维护简单。
抢答器在工厂、学校单位团体常举办的各种智力竞赛中使用,各类电视直播录播的演播室栏目、电视大奖赛,也有着广泛的应用，是调动现场观众参与热情，提高栏目档次与可看性、增强栏目互动性、方便栏目环节创意的有力工具。比如现在很热门的相亲节目《非诚勿扰》使用的都是类似于抢答器的电子产品。通过理论设计，查阅资料，选择元器件，实际动手安装、调试等过程，了解和掌握电子线路设计的一般方法。巩固和运用在电路与电子技术等课程中所学理论知识和
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