EDA课程设计乒乓球游戏机.docx
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EDA课程设计乒乓球游戏机
《基于FPGA的数字系统设计》项目设计文档
项目名称:
乒乓球比赛游戏机
姓名：
院系：
应用技术学院
专业：
电子信息工程
学号：
指导教师：
陈强
完成时间:
2012年06月19日
基于FPGA的数字系统设计项目成绩评价表
设计题目
乒乓球比赛游戏机
设计要求
设计一个乒乓球比赛游戏机，能模拟比赛的基本过程和规则并能自动裁判和记分，具体要求如下：
（1）使用乒乓球游戏机的双方在不同位置发球或击球；
（2）乒乓球的位置和移动方向由灯亮和依次亮的方向决定。
使用者根据球的位置发出相应的动作；
（3）比赛用11分为一局来进行，双方设置各自的记分牌，任意一方先记满11分就获胜此局。
当记分牌清零后，开始新的一局比赛；
（4）比赛结束后音乐自动响起。
设计过程
用8个LED排成一条直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中一只点亮的LED指示球的当前位置，点亮的LED依次从左到右，或从右到左，其移动的速度应能调节。
“球”（点亮的那只LED）运动到某方的最后一位时，参赛者应能果断地按下位于自己一方的按纽开关，即表示启动球拍击球，若击中，则球向相反方向运动；若未中，球掉出桌外，则对方得一分。
设置自动记分电路，甲乙双方各用两位数码管进行记分显示，每计满11分为1局。
甲乙双方各设一个发光二极管表示拥有发球权，每隔2次自动交换发球权，拥有发球权的一方发球才有效。
项目设计成绩评价
评价项目
指标
满分
评分
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
30
课程设计质量
项目设计系统架构合理，设计过程简练正确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
40
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
15
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
15
综合成绩等级
指导教师：
年月日
目录
1项目名称、内容与要求………………………………………04页
1.1设计内容…………………………………………………04页
1.2具体要求…………………………………………………04页
2系统整体架构（ArchitectureDescription）……………04页
2.1设计思路…………………………………………………04页
2.2系统原理（包含：
框图等阐述与设计说明等内容）…04页
3系统设计（含HDL或原理图输入设计）………………………05页
3.1HDL代码…………………………………………………05页
3.2系统整体电路图（或RTL级电路图）…………………12页
4系统仿真（SimulationWaveform）…………………………13页
5FPGA实现（FPGAImplementation）………………………14页
6总结（Closing）………………………………………………16页
参考书目（Reference）：
…………………………………………16页
一、项目名称、内容与要求
1.1项目名称
乒乓球比赛游戏机
1.2设计内容
设计一个由甲乙双方参赛，二人乒乓球游戏机。
用8个（或更多个）LED排成一条直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中一只点亮的LED指示球的当前位置，点亮的LED依次从左到右，或从右到左，其移动的速度应能调节。
当“球”（点亮的那只LED）运动到某方的最后一位时，参赛者应能果断地按下位于自己一方的按纽开关，即表示启动球拍击球，若击中，则球向相反方向运动；若未中，球掉出桌外，则对方得一分。
设置自动记分电路，甲乙双方各用两位数码管进行记分显示，每计满11分为1局。
甲乙双方各设一个发光二极管表示拥有发球权，每隔2次自动交换发球权，拥有发球权的一方发球才有效。
1.3具体要求
（1）使用乒乓球游戏机的双方在不同位置发球或击球。
（2）乒乓球的位置和移动方向由灯亮和依次亮的方向决定。
使用者根据球的位置发出相应的动作。
（3）比赛用11分为一局来进行，双方设置各自的记分牌，任意一方先记满21分就获胜此局。
当记分牌清零后，开始新的一局比赛。
（4）比赛结束后音乐自动响起。
二、系统整体架构（ArchitectureDescription）
2.1设计思路
根据系统设计的要求，乒乓球比赛游戏机的电路原理框图如下：
三、系统设计（含HDL或原理图输入设计）
3.1VHDL代码
比赛模块
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_arith.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;--引用必要的库函数和包集合
entitycompeteis--实体名为pingpong
port（reset:
instd_logic;
clk_1:
instd_logic;
startbutton:
instd_logic;--开始游戏输入端口
serve:
instd_logic_vector（1downto0）;--发球输入端口
hit1,hit2:
instd_logic;--甲和乙的击球输入端口
light:
outstd_logic_vector（1to8）;--控制8个发光二极管的输出端口
music_begin:
outstd_logic;--控制音乐开始的输出端口
counta,countb:
outstd_logic_vector（3downto0））;--2个用于控制4个7段译码器的输出端口
endcompete;
architectureoneofcompeteis
typepingpongis（waitserve,light1on,ballmoveto2,allow2hit,
light8on,ballmoveto1,allow1hit）;
---设置7个状态，为枚举数据类型，记为pingpong
signalstate:
pingpong;
signali:
integerrange0to8;
signalcount1,count2,count3,count4:
std_logic_vector（3downto0）:
="0000";
---内部计数器，是4位二进制变量
begin
process（clk_1）
begin
if（clk_1'eventandclk_1='1'）then
ifcount3="0001"orcount4="0001"then
music_begin<='1';
endif;
if（reset='1'）then
music_begin<='0';
endif;
endif;
endprocess;
process（clk_1）--状态机进程
--clk_1作为敏感信号触发进程
begin--进程开始
ifreset='1'then--异步置位
i<=0;count1<="0000";count2<="0000";count3<="0000";count4<="0000";
elsifclk_1'eventandclk_1='1'then--当处于时钟inclock上升沿时
ifcount1="1011"then
i<=0;count1<="0000";count2<="0000";count3<=count3+1;
elsifcount2="1011"then
i<=0;count1<="0000";count2<="0000";count4<=count4+1;
elsifstartbutton='0'then
i<=0;count1<="0000";count2<="0000";count3<="0000";count4<="0000";
else--以下case语句是程序中最关键的状态机部分
casestateis
whenwaitserve=>--进程处于等待发球状态
caseserveis
when"01"=>i<=1;state<=light1on;
when"10"=>i<=8;state<=light8on;
when"11"=>i<=0;
whenothers=>i<=0;
endcase;
whenlight1on=>--进程处于第一盏灯亮状态
i<=2;
ifhit2='1'then
i<=0;
count1<=count1+1;state<=waitserve;
else
state<=ballmoveto2;
endif;
whenlight8on=>--进程处于第八盏灯亮状态
i<=7;
ifhit1='1'then
i<=0;
count2<=count2+1;state<=waitserve;
else
state<=ballmoveto1;
endif;
whenballmoveto1=>--进程处于球向乙移动状态
ifhit1='1'then
i<=0;
count2<=count2+1;state<=waitserve;
elsifi=2theni<=1;
state<=allow1hit;
elsei<=i-1;
endif;
whenballmoveto2=>--进程处于球向乙移动状态
ifhit2='1'then
i<=0;
count1<=count1+1;state<=waitserve;
elsifi=7theni<=8;
state<=allow2hit;
elsei<=i+1;
endif;
whenallow1hit=>--进程处于允许甲击球状态
ifhit1='1'theni<=2;
state<=ballmoveto2;
elsecount2<=count2+1;i<=0;
state<=waitserve;
endif;
whenallow2hit=>--进程处于允许乙击球状态
ifhit2='1'theni<=7;state<=ballmoveto1;
elsecount1<=count1+1;i<=0;
state<=waitserve;
endif;
endcase;
endif;
endif;
endprocess;
counta<=count1;countb<=count2;
--进程处i信号控制发光二极管的亮暗
light<="10000000"when（i=1）else
"01000000"when（i=2）else
"00100000"when（i=3）else
"00010000"when（i=4）else
"00001000"when（i=5）else
"00000100"when（i=6）else
"00000010"when（i=7）else
"00000001"when（i=8）else
"00000000";--其他情况所有发光二极管都暗
endone;
分频模块
libraryIEEE;
useIEEE.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_arith.all;
useIEEE.std_logic_unsigned.all;
entitydivision16is
port（cp:
instd_logic;
clk_4:
outstd_logic）;
enddivision16;
architecturedivision_bodyofdivision16is
signalcount:
std_logic_vector（3downto0）;
begin
process（cp）
begin
if（cp'eventandcp='1'）then
if（count="1111"）then
count<=（others=>'0'）;
else
count<=count+1;
endif;
endif;
endprocess;
process（cp）
begin
if（cp'eventandcp='1'）then
if（count="1111"）then
clk_4<='1';
else
clk_4<='0';
endif;
endif;
endprocess;
enddivision_body;
译码器部分
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
entitydispis
port（d:
instd_logic_vector（3downto0）;
q:
outstd_logic_vector（6downto0））;
enddisp;
architecturedisp_arcofdispis
begin
process（d）
begin
casedis
when"0000"=>q<="0111111";
when"0001"=>q<="0000110";
when"0010"=>q<="1011011";
when"0011"=>q<="1001111";
when"0100"=>q<="1100110";
when"0101"=>q<="1101101";
when"0110"=>q<="1111101";
when"0111"=>q<="0100111";
when"1000"=>q<="1111111";
when"1001"=>q<="1101111";
whenothers=>q<="0000000";
endcase;
endprocess;
enddisp_arc;
数码管选择
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITYmux2IS
PORT（a,b:
INSTD_LOGIC_VECTOR（6downto0）;
sel:
INSTD_LOGIC;
c:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（6downto0））;
ENDmux2;
ARCHITECTUREexampleOFmux2IS
BEGIN
PROCESS（sel）
BEGIN
IF（SEL='1'）THEN
c<=a;
ELSE
c<=b;
ENDIF;
ENDPROCESS;
ENDexample;
音乐模块（两只老虎）
libraryIEEE;
useIEEE.std_logic_1164.all;
useIEEE.std_logic_unsigned.all;
entitymusicis
port（music_begin:
instd_logic;
clk_4:
instd_logic;
clk:
instd_logic;
music_out:
outstd_logic）;
endmusic;
architecturemusic_bodyofmusicis
constantm1:
integer:
=637;--955;
constantm2:
integer:
=587;--851;
constantm3:
integer:
=505;--758;
constantm4:
integer:
=468;--716;
constantm5:
integer:
=425;--639;
constantm6:
integer:
=379;--569;
constantm7:
integer:
=330;--506;
constantm0:
integer:
=0;
signalcounter:
integerrange0to67;
signalcount:
integerrange0to1000;
signalsub:
integerrange0to1000;
signalcarrier:
std_logic;
signalpat,pat1,pat2:
std_logic;
begin
process（clk）
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
if（carrier='1'）then
sub<=count;
else
sub<=sub-1;
endif;
endif;
endprocess;
process（sub）
begin
if（sub=0）then
pat<='1';
else
pat<='0';
endif;
carrier<=pat;
endprocess;
process（clk）
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
pat1<=pat;
endif;
endprocess;
process（pat1）
begin
if（pat1'eventandpat1='1'）then
pat2<=notpat2;
endif;
music_out<=pat2;
endprocess;
process（clk_4）
begin
if（clk_4'eventandclk_4='1'）then
if（music_begin='1'）then
counter<=counter+1;
else
counter<=0;
endif;
endif;
endprocess;
process（counter）
begin
casecounteris
when0=>count<=m0;when1=>count<=m1;
when2=>count<=m1;when3=>count<=m2;
when4=>count<=m2;when5=>count<=m3;
when6=>count<=m3;when7=>count<=m1;
when8=>count<=m1;when9=>count<=m1;
when10=>count<=m2;when11=>count<=m2;
when12=>count<=m3;when13=>count<=m3;
when14=>count<=m1;when15=>count<=m1;
when16=>count<=m3;when17=>count<=m3;
when18=>count<=m4；when19=>count<=m4;
when20=>count<=m5;when21=>count<=m5;
when22=>count<=m5;when23=>count<=m5;
when24=>count<=m3;when25=>count<=m3;
when26=>count<=m4;when27=>count<=m5;
when28=>count<=m5;when29=>count<=m5;
when30=>count<=m5;when31=>count<=m5;
when32=>count<=m5;when33=>count<=m6;
when34=>count<=m5;when35=>count<=m4;
when36=>count<=m3;when37=>count<=m3;
when38=>count<=m1;when39=>count<=m1;
when40=>count<=m5;when41=>count<=m6;
when42=>count<=m5;when43=>count<=m4;
when44=>count<=m3;when45=>count<=m3;
when46=>count<=m1;when47=>count<=m1;
when48=>count<=m0;when49=>count<=m1;
when50=>count<=m1;when51=>count<=m5;
when52=>count<=m5;when53=>count<=m1;
when54=>count<=m1;when55=>count<=m1;
when56=>count<=m1;when57=>count<=m0;
when58=>count<=m1;when59=>count<=m1;
when60=>count<=m5;when61=>count<=m5;
when62=>count<=m1;when63=>count<=m1;
when64=>count<=m1;when65=>count<=m5;
when66=>count<=m0;when67=>count<=m0;
endcase;
endprocess;
endmusic_body;
3.2系统整体电路图（或RTL级电路图）
四、系统仿真（SimulationWaveform）
功能仿真波形图
时序仿真波形图
五、FPGA实现（FPGAImplementation）
将程序下载到EDA2000实验箱
然后按照设定的管脚在EDA
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