数字逻辑设计及应用课程设计报告
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学号：
选课号：79
设计题号：23
一．设计题目
篮球比赛数字计分牌
二．设计要求
1．分别记录两队得分情况；
2．进球得分加2分，罚球进球得分加1分；
3．纠正错判得分减2分或1分；
4．分别用三个数码管显示器记录两队的得分情况。
三．设计过程
(一)设计方案
1.模块设计
题目中要用三个数码管来记录两队的得分情况,本文采用输出为8421bcd码，外接译码器和数码管的方式来实现。
先设计一个带有进位（co）和借位（ci）输出的模块pad，输出端（num）输出4位8421bcd码外接译码器和数码管，pad模块还带有加一输入端（a1），加二输入端（a2），减一输入端（d1），减二输入端（d2）。
输入端与开关相接，操作者按下开关即给该端口一个脉冲信号，各输入端口由上升沿触发。
如果操作者同时按下多个端口，输出端口将保持原来的信号不变。
pad模块功能图见图1-1。
图1-1 pad模块输入输出端口及功能
然后将三个相同的pad模块进行级联，构造为新的模块numberpad，从而得到带有三个数码管的篮球记分牌。
甲乙两队都将分别使用这个记分牌。
级联图见图1-2。
图1-2 pad模块级联图
2.模块内部的算法流程
每个模块有四个输入端口a1,a2,d1,d2来进行触发，触发事件太多，因此构造rem=a1|a2|d1|d2作为新的触发信号。
因此，只要a1,a2,d1,d2中任意一个按键被按下，将会发出一个脉冲，rem也就会产生一个脉冲。
但是可能出现多个按键同时按下的情况，这样会产生冲突。
所以在always语句块中，进行判断，看是否a1,a2,d1,d2中只有一个处于高电平，若同时处于高电平，则输出维持原来的值不变。
判断完端口a1,a2,d1,d2中哪一个输入了以后，就要进行加1，加2，减1，减2的操作。
加1分为以下情况：（1）若num已经计数到9即1001，再加1则num应变为0000，进位端co输出1；（2）若num不为9，则直接加1，co输出0。
加2分为以下情况：（1）若num已经计数到8即1000，再加2则num应变为0000，进位端co输出1；（2）num已经计数到9即1001。
再加2则num应变为0001，进位端co 输出1；（3）若num不为8或9，则直接加2，co输出0/。
减1分为以下情况：（1）若num此时为0，再减1则num应变为9即1001，借位端ci 输出1；（2）若num不为0，则直接减1，ci输出0。
减2分为以下情况：（1）若num此时为0，再减2则num应变为8即1000，借位端ci 输出1；（2）若num此时为1，再减2则num应变为9即1001，借位端ci输出1；（3）若num不为0或1，则直接减2，ci输出0
算法流程图见图1-3
图1-3 算法流程图
（二）V erilog程序
（注：在quatus2中不能编写中文注释，这里的注释为后期编写）
//将pad级联成新的模块numberpad，其中num1,num2,num3分别输出个十百位的8421bcd码
module numberpad(a1,a2,d1,d2,num1,num2,num3);
output [3:0] num1,num2,num3;
input a1,a2,d1,d2; //a1为加1端口，a2为加2端口，d1为减1端口，d2为减2端口
wire co1,co2,co3,ci1,ci2,ci3;
pad(a1,a2,d1,d2,num1,co1,ci1); //将三个pad级联
pad(co1,0,ci1,0,num2,co2,ci2);
pad(co2,0,ci2,0,num3,co3,ci3);
endmodule
//pad模块，输出为4为8421bcd码，由a1,a2,d1,d2来实现加减1、2，有进位和借位端口module pad(a1,a2,d1,d2,num,co,ci);
output reg [3:0] num; //输出4位8421bcd码
output reg co,ci; //co 进位信号, ci is 借位信号
input a1,a2,d1,d2; ///a1为加1端口，a2为加2端口，d1为减1端口，d2为减2端口wire rem;
initial
num<=4'b0000;
assign rem=a1|a2|d1|d2;
always @(posedge rem)
begin
if(a1&&!a2&&!d1&&!d2) //仅a1输入脉冲时加1，必要时进位
begin
if(num==4'b1001)
begin
num<=4'b0000;
co<=1'b1;
end
else
begin
num<=num+4'b0001;
co<=1'b0;
end
end
else if(a2&&!a1&&!d1&&!d2) //仅a2输入脉冲时加2，必要时进位
begin
if(num==4'b1000)
begin
num<=4'b0000;
co<=1'b1;
end
else if(num==4'b1001)
begin
num<=4'b0001;
co<=1'b1;
end
else
begin
num<=num+4'b0010;
co<=1'b0;
end
end
else if(d1&&!a1&&!a2&&!d2) //仅d1输入脉冲时减1，必要时借位
begin
if(num==4'b0000)
begin
num<=4'b1001;
ci<=1'b1;
end
else
begin
num<=num-4'b0001;
ci<=1'b0;
end
end
else if(d2&&!a1&&!a2&&!d1) //仅d2输入脉冲时减2，必要时借位
begin
if(num==4'b0001)
begin
num<=4'b1001;
ci<=1'b1;
end
else if(num==4'b0000)
begin
num<=4'b1000;
ci<=1'b1;
end
else
begin
num<=num-4'b0010;
ci<=1'b0;
end
end
else //多个端口同时输入，输出保持原来的值
begin
num<=num;
co<=1'b0;
ci<=1'b0;
end
end
endmodule
（三）仿真结果
1.验证加1、加2、减1、减2端口正常，个位到十位进位正常
当输入端分别输入加1、加2、减1、减2信号时，输出了相应的结果。
18ns时，执行加1操作，个位num1由1001（即9）变成了0，同时向十位进位，十位num2变成了0001。
31ns时又有一进位，十位num2变成了0010（即2）。
（见图3-1）
图3-1 仿真图像一
2.验证十位向百位进位正常
由图3-2可得，213ns时已计数到199，即个位num1为1001，十位num2为1001，百位num3为0001。
此时输入了加2的信号，输出变成了201，即个位num1变为0001，十位num2变为0000，百位num3变为0010。
由此验证了十位向百位进位正常。
图3-2 仿真图像二
3．验证多个端口同时输入时，保持原值不变
从219ns开始到230秒都有多个端口同时输入，由图3-3可以观察到，输出端口的值并未发生改变。
图3-3 仿真图像三
四、设计结论
（一）设计结果分析
由以上的仿真图像可知，各端口工作正常，通过给a1、a2、d1、d2端口输入脉冲，可以使输出分别进行加1、加2、减1、减2的操作，且个位到十位、十位到百位进位正常，输出为8421bcd码。
当多个端口同时输入时，输出将保持原值，避免了冲突。
（二）设计中遇到的问题
由于a1、a2、d1、d2端口相互独立，刚开始设计时将它们都作为触发端口放在always@后面，发现调试总是有冲突。
后来引入了一个wire型变量rem，将其值赋为a1|a2|d1|d2，从而仅将rem作为触发的事件，然后通过if语句解决了冲突。
（三）设计心得和体会
1.设计程序时首先应该画出流程图，理清逻辑关系，做到条理清晰。
2.当程序调不出来时，不要烦躁和懊恼，更不能放弃，应该仔细阅读程序，一步一步分析、理解，看看哪里出了问题，并寻找解决的办法。
2010年6月20日。