温州大学瓯江学院本科毕业论文
十进制数字的0~9。
图3-5 7段LED显示模块框图 3.2.5 位选选择电路
位选选择电路实质其实就是把输入的15个DIN[3...0]四位二进制数信号经过位选选择器输出shift[14...0]七段数码管位选信号和对应的bus[3...0]四位二进制数信号。输出的四位二进制数信号再经7段LED显示模块译码显示为十进制数字的0~9。如图3-5所示。
图3-6 位选选择模块框图
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4电子抢答器系统仿真与分析
4.1 系统总原理图分析与仿真
上述VHDL源程序构成了一个具有抢答、计分功能和倒计时功能的数字系统，通过连接生成的Schematic电路如图4-1所示。
图中，计分电路输出信号a2,a1,a0~d2,d1,d0还需通过dynamic选择模块进行选择后输出位选信号shift[14...0]和4位二进制信号bus4[3...0],4位二进制信号bus4[3...0]再经由LED共阴极显示模块的译码器，将输入的二进制数译码显示为十进制数字0~9。第一抢答判断电路模块的输出信号Q[3...0]，它即是整个电子抢答器输出的一部分，又是显示抢答成功的选手编号，还作为计分模块的输入信号，以它作为依据对相应的选手进行加分操作。小模块f01ms和fpq1s都是分频器，其中f01ms分频到1ms作为七段数码管的时钟脉冲信号，利用高频率和人的视觉延迟的特点，采用扫描的方式驱动多位七段LED数码管；模块fpq1s讲时钟信号clk分频到1S作为倒计时模块的时钟脉冲信号。系统总体仿真波形图如图4-2所示。
图4-1
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图4-2 电子抢答器系统总体仿真波形图
4.2第一抢答判断模块仿真
第一抢答判断模块的仿真波形如图4-3所示。
从图中可以看出，当复位清零信号CLR高电平有效时，电路状态立刻被恢复为全0的初始状态。在抢答使能信号无效时A抢答，输出警告信号与提前抢答者对应的位置会输出高电平，以示警告。当抢答使能信号高电平有效时，最先抢答的选手B对应的显示灯LEDB亮起，Q[3...0]输出抢答成功的选手编号。仿真结果与系统设计要求的功能相吻合。
图4-3 第一抢答判断电路仿真波形图
4.3 计分电路模块仿真
计分电路的仿真波形如图4-4所示。
图中CHOS[3...0]以十进制的形式表示，1、2、4、8分别代表选择A、B、C、D四组选手，在加分信号ADD上升沿对选中的参赛者进行扣分，从高到低依次为百位、十位、个位。以CHOS显示的第一个数据为例，ADD信号第一次有效时的上升沿，CHOS[2]为高电平，既选择为C组参赛者加分。按照模块设计中的设定，每次答对加10分，此时C组分数的十位数字由原来的0变为1，在原来
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基础上增加了10分。假设C选手第二次又抢答到并回答问题正确，ADD信号第二次有效时的上升沿，CHOS[2]为高电平，既选择为C组参赛者加分，此时C组分数的十位数字由原来的1变为2，又在原来基础上增加了10分。符合预先设想的功能要求。
图4-4 计分电路的仿真波形图
4.4 倒计时模块仿真
倒计时电路的仿真波形如图4-5所示。
图中CLR为复位清零信号，对电路清零。主持人对抢答结果进行确认，给出倒计时计数允许信号RST（高电平有效），开始回答问题，计时显示器从初始值30开始以秒为单位倒计时，计数至19时，主持人断开RST停止计数，扬声器不发出报警信号；按下CLR电路清零，开始新一轮抢答，主持人再次对抢答结果进行确认，给出倒计时计数允许信号，开始回答问题，计时显示器从初始值30开始以秒为单位倒计时，计数至0时，停止计数，扬声器发出超时报警信号，以中止继续回答问题。M为报警输出信号，高电平有效。
图4-5 倒计时电路的仿真波形图
4.5 显示电路的仿真
显示电路的波形如图4-6所示。
显示电路有LED共阴极译码器构成。其十进制数0~9对应的二进制表示和LED共阴极译码器输出如表4-1所示。
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图4-6 显示电路仿真波形图
表4-1 十进制数字对应的LED译码器表示
十进制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 二进制 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 LED共阴译码器输出 0111111 0000110 1011011 1001111 1100110 1101101 1111101 0000111 1111111 1101111 4.6 位选选择电路仿真
位选选择电路的仿真波形如图4-7所示和4-8所示。
图中dinx[3...0]（x为1~13）为输入信号，以四位二进制数表示；shift[14...0]为经位选选择器输出的位选信号，bus[3...0]为输出的与位选信号对应的四位二进制数信号。Reset是电路复位清零信号。
图4-7 位选选择电路仿真波形图
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