乒乓球比賽游戲機(jī)的設(shè)計(jì)

1、湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：EDA技術(shù)與應(yīng)用報(bào)告題目：乒乓球比賽游戲機(jī)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：所在學(xué)院：專業(yè)班級(jí)：學(xué)生學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：2014年12月30日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書報(bào)告題目乒乓球比賽游戲機(jī)的設(shè)計(jì)完成時(shí)間2014.12.30學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)指導(dǎo)教師職稱總體設(shè)計(jì)要求和技術(shù)要點(diǎn)（1） 設(shè)計(jì)一個(gè)由甲、乙雙方參賽，有裁判的3人乒乓球游戲機(jī)。（2） 用8個(gè)LED排成一條直線，以中點(diǎn)為界，兩邊各代表參賽雙方的位置，其中一只點(diǎn)亮的LED指示球的當(dāng)前位置，點(diǎn)亮的LED依此從左到右，或從右到左，其移動(dòng)的速度應(yīng)能調(diào)節(jié)。（3） 當(dāng)“球”(點(diǎn)亮的那只LED)運(yùn)動(dòng)到某方的最后一位時(shí)，參賽者應(yīng)能果斷地按下位于自己一

2、方的按鈕開關(guān)，即表示啟動(dòng)球拍擊球。若擊中，則球向相反方向移動(dòng)；若未擊中，則對(duì)方得1分。（4） 一方得分時(shí)，電路自動(dòng)響鈴3秒，這期間發(fā)球無(wú)效，等鈴聲停止后方能繼續(xù)比賽。（5） 設(shè)置自動(dòng)記分電路，甲、乙雙方各用2位數(shù)碼管進(jìn)行記分顯示，每計(jì)滿21分為1局。（6） 甲、乙雙方各設(shè)一個(gè)發(fā)光二極管，表示擁有發(fā)球權(quán)，每隔5次自動(dòng)交換發(fā)球權(quán)，擁有發(fā)球權(quán)的一方發(fā)球才有效。（7） 按湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院課程設(shè)計(jì)管理辦法要求提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。工作內(nèi)容及時(shí)間進(jìn)度安排第17周：周1-周3 ：立題、論證方案設(shè)計(jì)周4-周5 ：預(yù)答辯第18周：周1-周3 ：仿真實(shí)驗(yàn)7周4-周5 ：驗(yàn)收答辯課程設(shè)計(jì)成果1與設(shè)計(jì)內(nèi)容對(duì)應(yīng)的軟件程序2

3、課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告摘要乒乓球游戲電路是一個(gè)對(duì)輸入信號(hào)、輸入時(shí)機(jī)正確與否的16個(gè)LED表示乒乓球球臺(tái)和乒乓球，用數(shù)碼管模擬顯示器，顯示比賽局?jǐn)?shù)比分和每局玩家得分的電路。電路并不復(fù)雜，整體分為兩個(gè)模塊：一，游戲主模塊；二，計(jì)分顯示模塊。主模塊完成用LED表示球和球臺(tái)并對(duì)玩家是否擊球、是否犯規(guī)做出判斷，并且將兩位玩家的游戲得分進(jìn)行輸出。計(jì)分顯示模塊完成對(duì)局?jǐn)?shù)比分的運(yùn)算，顯示局?jǐn)?shù)比分和每局游戲玩家的得分。實(shí)現(xiàn)中采用Verilog HDL描述、ModelSim進(jìn)行功能仿真、Quartus II 進(jìn)行邏輯綜合和適配下載，選用CycloneIII系列EP3C80F484C8型號(hào)的芯片上實(shí)現(xiàn)。在此過(guò)程中，完整地

4、建立了測(cè)試平臺(tái)，完成了功能和時(shí)序仿真，從而保證了設(shè)計(jì)的功能與時(shí)序的正確性。關(guān)鍵詞：Verilog HDL；FPGA；乒乓球游戲 目錄一、概述1二、設(shè)計(jì)的目的1三、總體設(shè)計(jì)思想13.1 基本原理13.2 設(shè)計(jì)框圖2四、設(shè)計(jì)步驟和調(diào)試過(guò)程24.1 總體設(shè)計(jì)電路24.2 乒乓球各模塊的設(shè)計(jì)34.2.1 控制模塊的設(shè)計(jì)34.2.2 送數(shù)據(jù)模塊的設(shè)計(jì)64.2.3 產(chǎn)生數(shù)碼管片選信號(hào)模塊的設(shè)計(jì)74.2.4 7段譯碼器模塊的設(shè)計(jì)9五、波形仿真與實(shí)驗(yàn)調(diào)試105.1系統(tǒng)的波形仿真105.2 實(shí)驗(yàn)調(diào)試結(jié)果12六、結(jié)論與心得13七、參考文獻(xiàn)14一、概述乒乓球運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)受大眾非常喜愛的運(yùn)動(dòng),它是一項(xiàng)集健身性，競(jìng)技性和

5、娛樂(lè)性為一體的運(yùn)動(dòng)。乒乓球是一項(xiàng)非常受大眾喜歡的運(yùn)動(dòng)，幾十年來(lái)，乒乓球運(yùn)動(dòng)在中國(guó)迅速興起，很重要的原因就是對(duì)客觀條件要求不高，隨時(shí)隨處就能玩起來(lái)。乒乓球運(yùn)動(dòng)越來(lái)越多地被作為增強(qiáng)智力、提高工作效率以及保健、醫(yī)療和康復(fù)的極佳手段而引起各方面的重視。如今，人們生活太忙碌，很多的人只能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)玩乒乓球游戲，而乒乓球游戲機(jī)正好解決了人們的困擾。它簡(jiǎn)單易行，只要簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單幾個(gè)手指的操作就能達(dá)到同樣娛樂(lè)跟鍛煉的效果。二、設(shè)計(jì)的目的 這次的設(shè)計(jì)主要是學(xué)習(xí)使用EDA集成設(shè)計(jì)軟件MxplussII，電路描述，綜合，模擬過(guò)程。掌握使用EDA工具設(shè)計(jì)乒乓游戲機(jī)的的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法。體會(huì)使用EDA綜合過(guò)程中電路設(shè)計(jì)方

6、法和設(shè)計(jì)思路的不同。三、總體設(shè)計(jì)思想 3.1 基本原理用8個(gè)LED排成一條直線，以中點(diǎn)為界，兩邊各代表參賽雙方的位置，其中一只點(diǎn)亮的LED指示球的當(dāng)前位置，點(diǎn)亮的LED依此從左到右，或從右到左，其移動(dòng)的速度應(yīng)能調(diào)節(jié)。當(dāng)“球”(點(diǎn)亮的那只LED)運(yùn)動(dòng)到某方的最后一位時(shí)，參賽者應(yīng)能果斷地按下位于自己一方的按鈕開關(guān)，即表示啟動(dòng)球拍擊球。若擊中，則球向相反方向移動(dòng)；若未擊中，則對(duì)方得1分。一方得分時(shí)，電路自動(dòng)響鈴3秒，這期間發(fā)球無(wú)效，等鈴聲停止后方能繼續(xù)比賽。設(shè)置自動(dòng)記分電路，甲、乙雙方各用2位數(shù)碼管進(jìn)行記分顯示，每計(jì)滿21分為1局。甲、乙雙方各設(shè)一個(gè)發(fā)光二極管，表示擁有發(fā)球權(quán)，每隔5次自動(dòng)交換發(fā)球權(quán)

7、，擁有發(fā)球權(quán)的一方發(fā)球才有效。 3.2 設(shè)計(jì)框圖圖1 設(shè)計(jì)流程圖圖2 乒乓球游戲機(jī)原理圖四、設(shè)計(jì)步驟和調(diào)試過(guò)程 4.1 總體設(shè)計(jì)電路用8個(gè)發(fā)光二極管代表乒乓球臺(tái)，在游戲機(jī)的兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)開關(guān)，一個(gè)是發(fā)球開關(guān)，一個(gè)是擊球開關(guān)，甲方按動(dòng)發(fā)球開關(guān)時(shí)，靠近甲方的第一盞燈亮，然后發(fā)光二極管由甲向乙依次點(diǎn)亮，代表乒乓球在移動(dòng)。當(dāng)球過(guò)網(wǎng)后，乙方就可擊球。若乙方提前擊球或沒(méi)擊中球，則判乙方失分，甲方自動(dòng)加分，重新發(fā)球比賽繼續(xù)進(jìn)行到一方記分到21分，該局結(jié)束，記分牌清零，可以開始新的一局比賽。使用VHDL進(jìn)行電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用PLD來(lái)實(shí)現(xiàn)控制器的硬件電路。圖3 乒乓游戲機(jī)的電路框圖 4.2 乒乓球各模塊的設(shè)計(jì) 4

8、.2.1 控制模塊的設(shè)計(jì)模塊corna 分兩個(gè)進(jìn)程，第一個(gè)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)邏輯功能，第二個(gè)進(jìn)程將整數(shù)的記分轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，便于譯碼顯示。Af，aj，bf，bj分別為a方發(fā)球鍵和接球鍵，b方發(fā)球鍵和接球鍵，shift表示球所在的位置。其vhdl程序描述如下：Library ieee;Use ieee.std_logic_1164.all; Use ieee.std_logic_unsigned.all; Entity cornal isPort(clr,af,aj,bf,bj,clk:in std_logic; Shift:out std_logic_vector(7 downto 0); ah,al,

9、bh,bl:out std_logic_vector(3 downto 0); awin,bwin:out std_logic); End cornal; Architecture bahave of cornal is Signal amark,bmark:integer; Begin Process(clr,clk) Variable a,b:std_logic; Variable she:std_logic_vector(7 downto 0); Begin If clr='0' then a:='0' b:='0' she:="

10、00000000" ;amark<=0;bmark<=0; elsif clk'event and clk='1' then if a='0' and b='0' and af='0' then -a方發(fā)球 a:='1'she:="10000000"elsif a='0' and b='0' and bf='0' then -b方發(fā)球 b:='1'she:="00000001"els

11、if a='1'and b='0' then -a方發(fā)球后 if she>8 then if bj='0' then -b方過(guò)網(wǎng)擊球 amark<=amark+1; -a方加一分 a:='0' b:='0' she:="00000000" else she:='0'&she(7 downto 1); -b方?jīng)]有擊球 end if; elsif she=0 then -球從b方出界 amark<=amark+1; -a方加一分 a:='0'

12、 b:='0'else if bj='0'then -b方正常擊球 a:='0' b:='0' elseshe:=she(6 downto 0)&'0' end if; end if;end if; end if; shift<=she; end process; process(clk,clr,amark,bmark) variable aha,ala,bha,bla:std_logic_vector(3 downto 0); variable tmp1,tmp2:integer; variable

13、 t1,t2:std_logic; begin if clr='0'then -清零 aha:="0000" ala:="0000" bha:="0000" bla:="0000" tmp1:=0; tmp2:=0; t1:='0' t2:='0' elsif clk'event and clk='1'thenif aha="0001"and ala="0001" then -a方得分達(dá)到11分，則保持

14、aha:="0001" ala:="0001" t1:='1' elsif bha="0001"and bla="0001" then -b方得分達(dá)到11分，則保持 bha:="0001" bla:="0001" t2:='1' elsif amark>tmp1 then if ala="1001" then ala:="0000" aha:=aha+1; tmp1:=tmp1+1; else al

15、a:=ala+1; tmp1:=tmp1+1; end if; elsif bmark>tmp2 then if bla="1001" then bla:="0000" bha:=bha+1; tmp2:=tmp2+1; else bla:=bla+1; tmp2:=tmp2+1; end if; end if; end if; al<=ala; bl<=bla; ah<=aha; bh<=bha; awin<=t1; bwin<=t2; end process; end bahave; 4.2.2 送數(shù)據(jù)模塊的

16、設(shè)計(jì) 送數(shù)據(jù)模塊ch41a的vhdl程序描述如下：Library IEEE;Use IEEE.std_logic_1164.all;Entity ch41a is Port(sel:in std_logic_vector(2 downto 0); D0,d1,d2,d3:in std_logic_vector(3 downto 0); Q:out std_logic_vector(3 downto 0); End ch41a; Architecture behave of ch41a is Begin Process(sel) Begin Case sel is When"100&q

17、uot;=>q<=d0; When"101"=>q<=d1; When"000"=>q<=d2; When others=>q<=d3; End case; End process; End behave; 4.2.3 產(chǎn)生數(shù)碼管片選信號(hào)模塊的設(shè)計(jì) 產(chǎn)生數(shù)碼管片選信號(hào)模塊sel的vhdl程序描述如下：Library ieee; Use ieee.std_logic_1164.all; Use ieee.std_logic_unsigned.all; Entity sel is Port(clk:in std

18、_logic; Sell:out std_logic_vector(2 downto 0); End sel; Architecture behave of sel is Begin Process(clk) Variable tmp:std_logic_vector(2 downto 0); Begin if clk'event and clk='1' then If tmp="000" then Tmp:="001" Elsif tmp="001"then Tmp:="100" Elsi

19、f Tmp="100"then Tmp:="101" Elsif tmp="101" then Tmp:="000"End if; End if; Sell<=tmp; End process; End behave; 4.2.4 7段譯碼器模塊的設(shè)計(jì) 7段譯碼器模塊disp的vhdl的程序描述如下：Library ieee; Use ieee.std_logic_1164.all; Entity disp is Port(d:in std_logic_vector(3 downto 0); Q:out st

20、d_logic_vector(6 downto 0); End disp; Architecture behave of disp is Begin Process(d) Begin Case d is When"0000"=>q<="0111111" When"0001"=>q<="0000110" When"0010"=>q<="1011011" When"0011"=>q<="1001111&

21、quot; When"0100"=>q<="1100110" When"0101"=>q<="1101101" When"0110"=>q<="1111101" When"0111"=>q<="0100111" When"1000"=>q<="1111111" When others=>q<="1101111&quo

22、t; End case; End process; End behave;五、波形仿真與實(shí)驗(yàn)調(diào)試5.1系統(tǒng)的波形仿真圖4所示為A方發(fā)球，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候B方接到球，當(dāng)球回到A方時(shí)，A方又接到球，但B方再也沒(méi)有接到球的仿真波形。圖4 乒乓球仿真波形一圖5所示為A方兩次發(fā)球，B方?jīng)]有接到球，A方得到2分的仿真波形圖。圖5乒乓球仿真波形二圖6所示為A方發(fā)球，B方提前擊球的情況，此時(shí)，A方得一分。圖中還顯示了A方發(fā)球，B方在規(guī)定的時(shí)刻沒(méi)有接到球的情況，此時(shí)，A方又得一分。圖6乒乓球仿真波形三圖7所示為A方得分增加到11分的情況，此時(shí)awin輸出高電平，輸出分?jǐn)?shù)保持不變。當(dāng)清零信號(hào)按下時(shí)，得分清為零，awi

23、n輸出恢復(fù)低電平，又可以開始新的一局比賽。圖7乒乓球仿真波形四5.2 實(shí)驗(yàn)調(diào)試結(jié)果 通過(guò)調(diào)試我們可以觀察到，8個(gè)LED排成一條直線，以中點(diǎn)為界，兩邊各代表參賽雙方的位置，其中一只點(diǎn)亮的LED指示球的當(dāng)前位置，點(diǎn)亮的LED依此從左到右，或從右到左，其移動(dòng)的速度應(yīng)能調(diào)節(jié)。當(dāng)“球”(點(diǎn)亮的那只LED)運(yùn)動(dòng)到某方的最后一位時(shí)，參賽者應(yīng)能果斷地按下位于自己一方的按鈕開關(guān)，即表示啟動(dòng)球拍擊球。若擊中，則球向相反方向移動(dòng)；若未擊中，則對(duì)方得1分。一方得分時(shí)，電路自動(dòng)響鈴3秒，這期間發(fā)球無(wú)效，等鈴聲停止后方能繼續(xù)比賽。設(shè)置自動(dòng)記分電路，甲、乙雙方各用2位數(shù)碼管進(jìn)行記分顯示，每計(jì)滿21分為1局。甲、乙雙方各設(shè)一個(gè)發(fā)光二極管，表示擁有發(fā)球權(quán)，每隔5次自動(dòng)交換發(fā)球權(quán)，擁有發(fā)球權(quán)的一方發(fā)球有效。表1 學(xué)生情況統(tǒng)計(jì)表序號(hào)姓名性別出生日期學(xué)號(hào) 專業(yè)聯(lián)系電話備注1夏梓軒 男1993.08.0512430724815428 電子信息科學(xué)與工程132374241082潘宇男1994.06.2012430621817051電子信息科學(xué)與工、結(jié)論與心得這次EDA課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩個(gè)星期，在整整兩個(gè)星期的日子里，可以說(shuō)是苦多于甜，但是可以學(xué)的到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固以前所學(xué)過(guò)的知