EDA課程設(shè)計之乒乓球游戲機

1、乒乓球游戲機1.課程設(shè)計的目的EDA 技術(shù)是電子信息科學與技術(shù)專業(yè)學生在電子技術(shù)實驗技能方面綜合性質(zhì)的實驗訓練課程，其目的和任務是通過一周的時間，讓學生掌握EDA 勺基本方法，熟悉一種 EDA 軟件（VHDL,并能利用 EDA 軟件設(shè)計一個電子技術(shù)綜合問題，為以后進行工程實際問題的研 究打下設(shè)計基礎(chǔ)。2.設(shè)計方案論證EDA VHDL 簡介EDA 是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、智能化技術(shù)的最新 成果而開發(fā)出的電子 CADS用軟件包，它根據(jù)硬件描述語言 HDL 完成的設(shè)計文件，自動完成 邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局布線及仿真，直至完成對于特定目標芯片的適配 編譯

2、、邏輯映射和編程下載等工作。目前 EDA 主要輔助進行三個方面的設(shè)計工作：IC 設(shè)計、電子電路設(shè)計和 PCB設(shè)計。沒有 EDA 技術(shù)的支持，想要完成超大規(guī)模集成電路的設(shè)計制造是 不可想象的；反過來，生產(chǎn)制造技術(shù)的不斷進步又必將對EDA 技術(shù)提出新的要求。VHDL 語言是一種用于電路設(shè)計的高級語言。它在 80 年代的后期出現(xiàn)。最初是由美國國 防部開發(fā)出來供美軍用來提高設(shè)計的可靠性和縮減開發(fā)周期的一種使用范圍較小的設(shè)計語 言。但是，由于它在一定程度上滿足了當時的設(shè)計需求，于是他在1987 年成為 A I/IEEE的標準 （IEEE STD 1076-1987）。 1993 年更進一步修訂， 變得更

3、加完備， 成為 A I/IEEE 的 A I/IEEESTD 1076-1993 標準。目前，大多數(shù)的 CACT商出品的 EDA 軟件都兼容了這種標準。 自 IEEE 公布了 VHD 啲標準版本，IEEE-1076 （簡稱 87 版）之后，各 EDA 公司相繼推出了自 己的 VHDL設(shè)計環(huán)境，或宣布自己的設(shè)計工具可以和VHDL 接口。此后 VHDL 在電子設(shè)計領(lǐng)域得到了廣泛的接受，并逐步取代了原有的非標準的硬件描述語言。1993 年，IEEE 對 VHDL行了修訂，從更高的抽象層次和系統(tǒng)描述能力上擴展VHD 啲內(nèi)容，公布了新版本的 VHDL即 IEEE 標準的 1076-1993 版本（簡稱

4、93 版）?，F(xiàn)在，VHDLffiVerilog 作為 IEEE 的工業(yè)標 準硬件描述語言，又得到眾多 EDA 公司的支持，在電子工程領(lǐng)域，已成為事實上的通用硬件 描述語言。有專家認為，在新的世紀中，VHDLTVerilog 語言將承擔起大部分的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計任務。VHDL 的程序結(jié)構(gòu)特點是將一項工程設(shè)計，用 VHDLffi原理圖輸入進行 CPLD/FPG 設(shè)計的 粗略比較：在設(shè)計中，如果采用原理圖輸入的設(shè)計方式是比較直觀的。你要設(shè)計的是什么， 你就直接從庫中調(diào)出來用就行了。 這樣比較符合人們的習慣。在對一個設(shè)計實體定義了外部 界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設(shè)計就可以直接調(diào)用這個實體。這種將

5、設(shè)計實體分 成內(nèi)外部分的概念是 VHD 系統(tǒng)設(shè)計的基本點。應用 VHDL 進行工程設(shè)計的優(yōu)點是多方面的。（1 與其他的硬件描述語言相比，VHD 具有更強的行為描述能力，從而決定了他成為系統(tǒng) 設(shè)計領(lǐng)域最佳的硬件描述語言。強大的行為描述能力是避開具體的器件結(jié)構(gòu)，從邏輯 行為上描述和設(shè)計大規(guī)模電子系統(tǒng)的重要保證。（2）VHDL 豐富的仿真語句和庫函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設(shè)計早期就能查驗設(shè)計系統(tǒng)的功 能可行性，隨時可對設(shè)計進行仿真模擬。（3）VHDL 語句的行為描述能力和程序結(jié)構(gòu)決定了他具有支持大規(guī)模設(shè)計的分解和已有設(shè)計的再利用功能。符合市場需求的大規(guī)模系統(tǒng)高效，高速的完成必須有多人甚至多個代 發(fā)組共

6、同并行工作才能實現(xiàn)。（4）對于用 VHDL 完成的一個確定的設(shè)計，可以利用 EDA 工具進行邏輯綜合和優(yōu)化，并自動 的把 VHDL 苗述設(shè)計轉(zhuǎn)變成門級網(wǎng)表。（5）VHDL 對設(shè)計的描述具有相對獨立性，設(shè)計者可以不懂硬件的結(jié)構(gòu)，也不必管理最終設(shè) 計實現(xiàn)的目標器件是什么，而進行獨立的設(shè)計。乒乓游戲機的功能兩人乒乓游戲機能夠模擬乒乓球比賽的基本過程和規(guī)則， 并能自動裁判和記分。乒乓游 戲機是用 8 個發(fā)光二極管代表乒乓球臺，中間兩個發(fā)光二極管兼做乒乓球網(wǎng)，用點亮的發(fā)光 二極管按一定的方向移動來表示球的運動。在游戲機的兩側(cè)各設(shè)置兩個開關(guān)，一個是發(fā)球開 關(guān)（S1a, S1b） ，另一個是擊球開關(guān)（S2a

7、, S2b）。甲乙兩人按乒乓球比賽的規(guī)則來操作開關(guān)。當甲方按動發(fā)球開關(guān) S1a 時，靠近甲方的第一盞燈亮，然后二極管由甲向乙依次點亮， 代表乒乓球在移動。當球過網(wǎng)后，按設(shè)計者規(guī)定的球位乙方就可以擊球。若乙方提前擊球或 者沒有擊著球，則判乙方失分，甲方記分牌自動加分。然后重新發(fā)球，比賽繼續(xù)進行。比賽 一直進行到一方記分到 11 分，該局結(jié)束，記分牌清零，可以開始新的一局比賽。具體功能如下：（1）使用乒乓游戲機的甲乙雙方各在不同的位置發(fā)球或擊球。（2）乒乓球的位置和移動方向由燈亮及依次點燃的方向決定，球移動的速度為移動一位。游戲者根據(jù)球的位置發(fā)出相應的動作，提前擊球或者出界均判失分。（3）比賽用

8、11 分為一局來進行，甲乙雙方都應設(shè)置各自的記分牌，任何一方先記滿11分，該方就算勝了此局。記分牌清零后，又可開始新的一局比賽乒乓游戲機設(shè)計思路根據(jù)乒乓游戲機功能要求，可以分成四個模塊來實現(xiàn)，其中 corna 模塊為整個程序的核 心，它實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的全部邏輯功能；模塊 CH41A 在數(shù)碼的片選信號時，送出相應的數(shù)據(jù); 模塊 sei產(chǎn)生數(shù)碼管的片選信號；模塊 disp 是 7 段譯碼器。乒乓球各模塊的設(shè)計控制模塊的設(shè)計模塊 CORN/分兩個進程，第一個進程實現(xiàn)邏輯功能，第二個進程將整數(shù)的記分轉(zhuǎn)換為 十進制數(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

9、和接球 鍵，shift 表示球所在的位置。其 vhdl 程序描述如下：圖1模塊CORNA1LIBRARY IEEE;USEUSEENTITY CORNAL ISPORT(clr,af,aj,bf,bj,clk:IN STD_LOGIC;shift:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); ah,al,bh,bl:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO 0); awi n,bwi n:OUT STD_LOGIC);END CORNAL;ARCHITECTURE behave OF CORNAL ISSIGNAL amark,bmark:INTEGER;

10、BEGINPROCESS(clr,clk)VARIABLE a,b:STD_LOGIC;VARIABLE she:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTOO);BEGINIFclr=OTHENa:=O；b:=O；she:= ” OOOOOOO0amark=0;bmark8THENIFbj=0THENamark=amark+1;a:=0；b:=0；she:=”00000000；ELSEshe:=0&she(7 DOWNTO1);ENDIF;ELSIF she=0 THENamark=amark+1;a:=0；b:=0；ELSEIFbj=0THENa:=0；ELSIF she=0

11、THENbmark=bmark+1;a:=0；b:=0；ELSEIFaj=0THENa:=1；b:=0；ELSEshe:=she(6 DOWNTOENDIF;ENDIF;ENDIF;ENDIF;shift=she;END PROCESS;b:= T；ELSEshe:=O&she(7ENDIF;ENDIF;ELSIFa=Oand b=IF she16 and she=O THENIFaj=0THENbmarktmp1 THENIFala=”1001”THENala:=”0000”；aha:=aha+1;tmp1:=tmp1+1;ELSEala:=ala+1;tmp1:=tmp1+1;EN

12、DIF;ELSIF bmarktmp2 THENIFbla=”1001”THENbla:= ” 0000”；bha:=bha+1;tmp2:=tmp2+1;ELSEbla:=bla+1;tmp2:=tmp2+1;ENDIF;ENDIF;ENDIF;al=ala;bl=bla;ah=aha;bh=bha;awIN=t1;bwINqqqq=d3;END CASE;END PROCESS;END behav;產(chǎn)生數(shù)碼管片選信號模塊的設(shè)計產(chǎn)生數(shù)碼管片選信號模塊 sel 的 vhdl 程序描述如下:圖3數(shù)碼管片選信號模塊selLIBRARY IEEE;USE ;USEENTITYselISPORT(cl

13、k:IN STD_LOGIC;sell:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);END sel;ARCHITECTURE behav OF sel ISBEGINPROCESS(clk)VARIABLE tmp:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);BEGINclkevent and clk=1THENIFIFtmp=”000”THENtmp:=”001”；ELSIFtmp=”001”THENtmp:=”100”；ELSIF tmp= 100”THENtmp:=”101”；ELSIFtmp=”101”THENtmp:=”000”；END IF;EN

14、D IF;sellqqqqqqqqqq10.1航.kKftk1irmuLnnnnjTrwuuuuuuinnnnnnnmjinnjULrujLTLiRnLuin.ctr elk11kRnnnnnnRrmjuuuuuuuuinnnnnnrwLRnjwuuuwLTLrLULThj1bf1aj1af p bin10：i：F av/n0* hrftf 0r QCx&au戈.少 * t|H47?：-：7!-：T- -fT：-；?T - - -：T:V：7：-：!T：!7 - y - -:-fViTiTiT - -7：TTiT -：T:- q匚Q【H3F3F劇3F口3F繪3F圖8乒乓球仿真波形四乒乓

15、游戲機頂層電路圖圖9乒乓游戲機電路圖4. 設(shè)計體會通過本課程的學習，能夠掌握 EDA 勺基礎(chǔ)知識，進一步加深了對 EDA 勺了解，讓我對它 有了更加濃厚的興趣。特別是當每一個子模塊編寫調(diào)試成功時，心里特別的開心。但是在編 寫頂層文件的程序時，遇到了不少問題，特別是各元件之間的連接，以及信號的定義，總是 有錯誤，在細心的檢查下，終于找出了錯誤和警告，排除困難后，程序編譯就通過了，心里 終于舒了一口氣。在波形仿真時，也能仿真正確了。課程設(shè)計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程軟件應用十分廣泛，因此學會應用此仿真

16、軟件是十分必要的?；仡櫰鸫舜坞娐返恼n程設(shè)計，從選題到定稿，從理論到實踐，可以學到很多很多的的東 西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識， 而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。 通過這次課程設(shè)計懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來， 從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高 自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻， 掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計之后，一定把以前所 學過的知識重新溫故。有時間多看看各方面書籍，拓寬知識面，不斷充實自我。不管怎么說這次的課程設(shè)計總算是順利的完成了，了解了軟件的用途。不過最后還得經(jīng)過老師的審查，在老師的指導下彌補自己的不足，這樣，這次的課程設(shè)計才會畫上一個完美 的句點。5. 參考文獻1朱正偉.EDA 技術(shù)及應用M.清華大學出版社，：3