实验目的

  • （1）熟悉和掌握FPGA开发流程和Lattice Diamond软件使用方法；
  • （2）通过实验理解和掌握抢答器原理；
  • （3）学习用Verilog HDL描述方法描述抢答器。

实验任务

本实验的任务是设计一个智力竞赛抢答器，带复位和主持人控制功能。

  1. 一共4组选手，用开关k1,k2,k3,k4表示
  2. 主持人复位开始抢答，获得抢答的选手显示对应led，答题时间超过30秒报警
  3. 每位选手初始分数5分（RESET复位），主持人控制加分减分按键，每次增加或减少1分（最多9分），答题选手分数显示在数码管

实验原理

根据抢答器的功能，采用模块化设计，如下


抢答判断模块（judge）：根据开关的输入判断抢答的选手信号，通过输出的LED显示抢答选手；内部定义block标志信号用来锁定抢答完成；判断抢答之后答题超过30秒产生报警信号。
分数模块（score）：复位信号单独复位所有选手分数；加减按键消抖后用来增加减少分数。
显示模块（dseg）：当前抢答的选手分数显示在数码管上。
分频模块（divide）：分频产生计时时钟信号。

Verilog HDL建模描述

程序清单answer.v

 
module answer
(
input wire clk,rst,             //时钟和复位信号
input wire k1,k2,k3,k4,         //选手开关
input wire reset,add,sub,       //复位分数，加分，减分按键
output wire led1,led2,led3,led4,//选手对应led
output wire buzz,               //报警信号
output wire [8:0] segment_led   //数码管信号
);
wire clk1h;
divide #(					//产生1秒时钟信号
.WIDTH(24),
.N(12000000)
) u1
(
.clk(clk),
.rst_n(rst),
.clkout(clk1h)
);
judge u2                    //判断抢答选手，答题超时报警
(
.clk(clk1h),					
.k1(k1),.k2(k2),.k3(k3),.k4(k4),			
.start(rst),				
.out1(led1),.out2(led2),.out3(led3),.out4(led4),	
.buzz(buzz)					
);
wire [3:0] score1,score2,score3,score4;
score u3                      //主持人控制答题选手分数
(
.clk(clk),.rst(rst),
.add(add),.sub(sub),
.reset(reset),
.c1(led1),.c2(led2),.c3(led3),.c4(led4),
.score1(score1),.score2(score2),.score3(score3),.score4(score4)
);
dseg u4                       //数码管驱动显示答题选手分数
(
.rst(rst),
.c1(led1),.c2(led2),.c3(led3),.c4(led4),
.score1(score1),.score2(score2),.score3(score3),.score4(score4),
.segment_led(segment_led)
);
endmodule
 
 

顶层文件一共调用了4个模块judge.v、score.v、dseg.v、divide.v。所有的子模块源码请参考前例实验的工程文件

实验步骤

  1. 打开Lattice Diamond，建立工程。
  2. 新建Verilog HDL设计文件，并键入设计代码。
  3. 根据逻辑综合并分配管脚，在本实验中引脚分配如下：key[1:4] —
     M7,M8,M9,M10;clk       ---       C1;rst      ---       L14      ;     reset     ---       N14;add      ---      M13;sub      ---       M14;buzz      ---      P9;led[1:4]  ---      N13~M11;segment[8:0] ---     A12~C12

    - 构建并输出编程文件，烧写至FPGA的Flash之中。

  4. 观察输出结果。

当程序下载成功时，按下rst复位，表示抢答开始。由于开发板上的开关有限，所以采用四个拨码开关分别表示4个抢答选手。当判断拨码开关状态后，同时该选手对应的led点亮。
按下reset复位键，抢答完成后在数码管上显示选手分数，可以通过加减分按键修改分数。