基于FPGA的四人抢答器设计与VHDL实现

"基于FPGA的四人抢答器设计，使用VHDL语言实现，包含抢答开始后的倒计时、超时显示与报警、超前抢答检测及显示功能。系统通过复位信号初始化，低电平有效。设计分为抢答、时序和显示三个模块。" 在本文中，作者设计了一个四人竞赛用的抢答器，该设计利用FPGA（Field-Programmable Gate Array）硬件平台和VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）编程语言来实现其功能。VHDL是一种用于数字系统描述的标准化语言，常用于FPGA和ASIC的设计。 首先，设计要求明确了抢答器的主要功能。抢答器需具备20秒倒计时功能，在倒计时结束后若无人抢答，系统会显示“超时”并发出报警。如果在抢答开始前有选手按下按钮，系统将显示违规抢答者的台号。在抢答开始后，一旦有选手按下按钮，其他选手的抢答将被封锁，同时系统会响起铃声，并显示该选手的台号。复位信号的有效性决定了系统的初始化状态，所有数码管在复位后显示0。 为了实现这些功能，设计被逻辑上分为三个主要模块：抢答模块、时序模块和显示模块。抢答模块负责处理各个选手的抢答信号，确保公平性。时序模块控制抢答的开始、倒计时以及超时判断。显示模块则负责通过七段数码管显示抢答台号、违规警告、倒计时等信息。 在设计中，涉及的端口和信号包括： - rst：复位信号，输入，低电平时系统初始化。 - clk：时钟信号，输入，用于系统时序控制。 - st：开始抢答信号，输入，启动抢答倒计时。 - s0-s3：抢答按键信号，输入，对应四位选手的抢答请求。 - led_ans、led_foul、led_alt、led_cnth、led_cntl：输出，分别用于显示答案号码、违规号码、警告信息和倒计时的高位和低位。 通过VHDL代码，作者详细描述了各个模块的程序逻辑，并提供了仿真结果以验证设计的正确性。这样的设计可以应用于各种竞赛场合，提高比赛的公正性和效率。