מערכת זמזם תחרותית: 5 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

מערכת הזמזם התחרותית שתוכננה בפרויקט זה פועלת באופן דומה למערכות הזמזם המשמשות בתחרויות קערת המדע האזורית והלאומית. הפרויקט הזה קיבל השראה ממעורבותי בצוות קערת המדע בתיכון שלי במשך שלוש שנים. תמיד היה לנו הרצון לשחזר את מערכת זמזם הנעילה בעזרת טיימר של 5 שניות ו -20 שניות.

כדי לתת קצת רקע על מערכת הזמזם, זמזמי קערת המדע מתוכנתים להזין מקסימום 8 שחקנים (עם 8 זמזומים נפרדים). לאחר לחיצה על זמזם אחד, הזמזם של האדם הראשון יידלק כדי לציין איזה שחקן מקבל את השאלה. שאר השחקנים יהיו "נעולים" מה שאומר שהזמזמים שלהם לא יגיבו עד שהמנחה יאפס את מערכת הבאזר.

לאחר שהמנחה יקרא את השאלות, הוא ילחץ על כפתור כדי להפעיל את טיימר הספירה לאחור שיוצג בתצוגה של שבעה קטעים. לאחר שאלת "זריקה", המנחה יכול ללחוץ על הכפתור הימני כדי להתחיל את הספירה לאחור מ -5 שניות. בינתיים, לאחר שאלת "בונוס", המנחה יכול ללחוץ על הכפתור השמאלי כדי להתחיל את הספירה לאחור מ -20 שניות. ברגע שהטיימר מגיע לאפס, זמזם צליל יצביע על כך שנגמר הזמן לנגן.

כדי לאפס את המערכת ואת טיימר הספירה לאחור, המנחה יכול ללחוץ על הכפתור המרכזי. כדי לאפס את מנגנון הנעילה ואת נוריות הנגן, המתגים לשחקן 1 ולשחקן 2 חייבים להיות נמוכים.

שלב 1: חומרים

תזדקק לדברים הבאים:

• לוח Basys3 (או לוח FPGA שווה ערך)
• כבל USB מסוג Micro-B
• רמקול (השתמשתי ברמקול פסיבי)
• 2 חוטים
• תוכנה ליישום ב- FPGA (השתמשתי ב- Vivado)
• קובץ מערכת זמזם תחרותי

שלב 2: תרשים קופסה שחורה

תרשים הקופסה השחורה מציג את הכניסות והיציאות שישמשו במערכת זמזם זו.

כניסות:

player1, player2 כניסות אלה מחוברות לשני מתגים בלוח Basys3. מטעמי נוחות, נעשה שימוש במתגים השמאלי והימני ביותר.

איפוס הלחצן המרכזי ישמש לייצוג לחצן האיפוס.

count_down_20_sec הלחצן השמאלי ישמש לייצוג כפתור הטיימר של 20 שניות.

count_down_5_sec הלחצן הימני ישמש לייצוג כפתור הטיימר של 20 שניות. כדי להבטיח שהטיימר של 20 שניות ו -5 שניות יתחיל, החזק את הלחצן עד שהתצוגה של שבעה קטעים תראה את הטיימר.

CLK לוח ה- FPGA יפיק שעון הפועל בתדירות של 10 ns.

פלט:

רמקול פלט הרמקול מחובר לזמזם חיצוני או לרמקול. יהיה עליך לחבר את הרמקול ליציאות JA pmod של לוח Basys3. שלב זה יתואר להלן.

speaker_LED פלט זה מחובר לנורית LED במרכז הלוח, ויציין רק מתי פלט הרמקול של ה- FPGA גבוה. אתה יכול להשתמש בזה לבדיקת הרמקול החיצוני שלך. שים לב שחלק מיציאות pmod אינן פועלות כהלכה, כך שתוכל לנסות יציאות שונות ולהשתמש בנורית ה- LED כדי לבדוק אם הרמקול צריך להיות דולק.

SEGMENTS פלט זה מחובר לשמונה הקטעים האישיים בתצוגה של שבעה פלחים, כולל הנקודה העשרונית.

DISP_EN פלט זה מחובר לארבעת האנודים בתצוגה של שבעה פלחים.

player_LED פלט זה הוא אות בעל 2 חבילות המחובר לנורות הנורות מעל מתגי player1 ו- player2. השחקן הראשון שהחליף את המתג המתאים שלו יצוין על ידי הנורית. שים לב ששני הלדים לא יכולים להדליק בו זמנית.

שלב 3: חיבור הרמקול החיצוני

כדי לחבר את הרמקול החיצוני ללוח Basys3, קח את שני החוטים שלך והצמד אותם כמצוין בתמונה למעלה. הקו הלבן מחבר את הטרמינל השלילי של הרמקול ליציאת הקרקע בלוח. הקו האדום מחבר את המסוף החיובי של הרמקול ליציאת JA10 pmod בלוח.

קובץ האילוצים מתוכנן כך שכל יציאה מ- JA1 ועד JA10 אמורה לפעול. עם זאת, כמה סיכות בלוח אינן מגיבות, כך שאם JA10 אינו פועל, תוכל לנסות את שאר היציאות.

שלב 4: תרשים מבני

התמונה למעלה מציגה את התרשים המבני של מערכת הזמזם התחרותית הכוללת את כל הרכיבים המרכיבים את המודול הראשי. התיאורים שלהם הם כדלקמן:

player_lockout_LED1 רכיב LED נעילת השחקנים הוא מכשיר מצב סופי המשתמש בקידוד חם אחד. יש לו ארבע כניסות: player1, player2, reset ו- CLK. הוא מכיל נגן פלט צרור 2 סיביות_LED. הכניסות והיציאות של רכיב player_lockout_LED1 מחוברות כולן ישירות לכניסות ולפלטים זהים של המודול הראשי.

buzzer_tone1 רכיב הזמזם מבוסס על קוד זה המפורסם בפורום

stackoverflow.com/questions/22767256/vhdl-… עם זאת, הוא שונה כדי להפיק צליל רציף בתדר של 440 הרץ (הערה). קלט ההפעלה מחובר לאות זמזם_אפשרי שהוא פלט של הרכיב down_counter_FSM1.

clk_div1 רכיב מחלק השעונים הוא גרסה שונה של מחלק השעונים של פרופסור בריאן מיילי המסופק ב- PolyLearn. הוא מאט את השעון כך שתקופת הפלט היא שנייה אחת.

down_counter_FSM1 מונה down הוא FSM שנועד לספור לאפס. שתי זמני ההתחלה האפשריים הם 20 או 5 הנבחרים על ידי קלט המשתמש. הוא פלט '1' כאשר הטיימר הגיע לאפס כדי לציין שהזמן נגמר. פלט זה משמש כאפשר לרכיב צליל הבאזר. המונה גם פלט אות צרור של 8 סיביות ששולח BCD של 8 סיביות שנשלח למפענח הקטע. פלט נוסף הוא counter_on המחובר גם לקלט התקף במפענח הקטע.

sseg_dec1 רכיב מפענח בן שבעה קטעים מסופק ב- PolyLearn ונכתב על ידי פרופסור בריאן מיילי. הוא משתמש בכניסת BCD המסופקת על ידי down_counter_FSM1, ומפיק את המקבילה העשרונית בתצוגה של שבעה פלחים. כאשר הדלפק פועל, אז הקלט התקף גבוה. זה מאפשר למפענח להציג את המספר העשרוני בתצוגה של שבעה פלחים. כאשר המונה כבוי, אז הקלט החוקי נמוך. התצוגה של שבעה קטעים תציג אז ארבעה מקפים בלבד.

שלב 5: תרשים מכונת מדינה סופית (FSM)

רשימת הרגישות למכשיר המצב הסופי כוללת את player1, player2, איפוס והשעון. פלט ה- FSM הוא שחקן_LED צרור 2 סיביות המחובר לשני נוריות על לוח Basys3. מכונת המדינה הסופית מציגה את שלושת המצבים הבאים:

ST0 הוא מצב ההתחלה. במצב זה, שתי הלדים כבויים. ה- FSM יישאר במצב זה אם שחקן 1 וגם שחקן 2 נמוכים. איפוס אסינכרוני גם קובע את המצב ל- ST0. כאשר מתג player1 מוגדר גבוה, המצב הבא יהיה ST1. אם מתג player2 מוגדר גבוה, המצב הבא יהיה ST2.

ST1 הוא המצב שעבורו נורית ה- player1 דולקת. FSM יישאר במצב זה לכל קלט. המשמעות היא שגם כאשר מתג player2 מוגדר גבוה מיד לאחר מתג player1 גבוה, הוא יישאר ב- ST1. רק האיפוס האסינכרוני יכול להגדיר את המצב הבא ל- ST0.

ST2 הוא המצב שעבורו LED 2 דולק. בדומה ל ST !, FSM יישאר במצב זה לכל קלט, גם כאשר מתג player1 יוגדר גבוה מיד לאחר מתג player2 גבוה. שוב, רק האיפוס האסינכרוני יכול להגדיר את המצב הבא ל- ST0.