EDA课程设计--乒乓球游戏机

《EDA技术及应用》课程设计(实习)报告

题 目 乒乓游戏机

姓 名: 学 号: 专 业: 班 级: 指导教师: 职 称:

电子工程学院

目录

1 引言 ......................................................................................................... 3 2 设计的目的............................................................................................. 3 3 乒乓游戏机的功能 ................................................................................ 3

3.1 乒乓游戏机设计思路 ............................................. 4 3.2 乒乓球各模块的设计 ............................................. 4

3.3.1 控制模块的设计.............................................. 4 3.3.2 送数据模块的设计........................................... 10 3.3.3 产生数码管片选信号模块的设计............................... 11 3.3.4 7段译码器模块的设计 ....................................... 13

4 系统的波形仿真 .................................................................................. 14 5 乒乓游戏机顶层电路图 ...................................................................... 16 6 硬件测试及引脚锁定 .......................................................................... 16 7 设计心得与体会 .................................................................................. 17 参考文献 ................................................................................................. 18

乒乓游戏机

1 引言

乒乓球运动是一项受大众非常喜爱的运动,它是一项集健身性，竞技性和娱乐性为一体的运动。乒乓球是一项非常受大众喜欢的运动，几十年来，乒乓球运动在中国迅速兴起，很重要的原因就是对客观条件要求不高，随时随处就能玩起来。乒乓球运动越来越多地被作为增强智力、提高工作效率以及保健、医疗和康复的极佳手段而引起各方面的重视。如今，人们生活太忙碌，很多的人只能通过网络来玩乒乓球游戏，而乒乓球游戏机正好解决了人们的困扰。它简单易行，只要简简单单几个手指的操作就能达到同样娱乐跟锻炼的效果。

2 设计的目的

这次的设计主要是学习使用EDA集成设计软件MxplussII，电路描述，综合，模拟过程。掌握使用EDA工具设计乒乓游戏机的的设计思路和设计方法。体会使用EDA综合过程中电路设计方法和设计思路的不同。

3 乒乓游戏机的功能

两人乒乓游戏机能够模拟乒乓球比赛的基本过程和规则，并能自动裁判和记分。乒乓游戏机是用8个发光二极管代表乒乓球台，中间两个发光二极管兼做乒乓球网，用点亮的发光二极管按一定的方向移动来表示球的运动。在游戏机的两侧各设置两个开关，一个是发球开关（s1a，s1b），另一个是击球开关（s2a，s2b）。甲乙两人按乒乓球比赛的规则来操作开关。

当甲方按动发球开关s1a时，靠近甲方的第一盏灯亮，然后二极管由甲向乙依次点亮，代表乒乓球在移动。当球过网后，按设计者规定的球位乙方就可以击球。若乙方提前击球或者没有击着球，则判乙方失分，甲方记分牌自动加分。然后重新发球，比赛继续进行。比赛一直进行到一方记分到11分，该局结束，记分牌清零，可以开始新的一局比赛。

具体功能如下：

(1)使用乒乓游戏机的甲乙双方各在不同的位置发球或击球。

(2)乒乓球的位置和移动方向由灯亮及依次点燃的方向决定，球移动的速度为0.1~0.5s移动一位。游戏者根据球的位置发出相应的动作，提前击球或者出界均判失分。

(3)比赛用11分为一局来进行，甲乙双方都应设置各自的记分牌，任何一方先记满11分，该方就算胜了此局。记分牌清零后，又可开始新的一局比赛

3.1 乒乓游戏机设计思路

根据乒乓游戏机功能要求，可以分成四个模块来实现，其中corna模块为整个程序的核心，它实现了整个系统的全部逻辑功能;模块ch41a在数码的片选信号时，送出相应的数据；模块sel产生数码管的片选信号；模块disp是7段译码器。

3.2 乒乓球各模块的设计 3.3.1 控制模块的设计

模块corna 分两个进程，第一个进程实现逻辑功能，第二个进程将整数的记分转换为十进制数，便于译码显示。Af，aj，bf，bj分别为a方发球键和接球键，b方发球键和接球键，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 is

Port(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(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’ t hen a:=’0’; b:=’0’;

she:=”00000000” amark

elsif clk’event and clk=’1’ then

if a=’0’ and b=’0’ and af=’0’ then --a方发球 a:=’1’;

she;=”10000000”;

elsif a=’0’ and b=’0’ then bf=’0’ then --b方发球 b:=’1’; she:=”00000001”;

elsif a=’1’ and b=’0’ then --a方发球后 if she>8 then

if bj=’0’ then --b方过网击球 amark

she:=”00000000”; else

she:=’0’&she(7 downto 1); --b方没有击球 end if;

elsif she=0 then --球从b方出界 amark

if bj=’0’ then --b方正常击球

a:=’0’; b:=’1’; else

she:=’0’&she(7 downto 1); --b方没有击球 end if; end if;

elsif a=’0’ and b=’1’then --b方发球 if she

she:=”00000000”; else

she:=she(6 downto 0)&’0’; end if; elsif she=0 then bmark

she:=she(6 downto 0)&’0’;

end if; end if; end if; end if; shift

process(clk,clr,amark,bmark)

variable aha,ala,bha,bla:std_logic_vector(3 downto 0); variable tmp1,tmp2:integer; variable 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’ then

if aha=”0001” and ala=”0001” then --a方得分达到11分，则保持 aha:=”0001”; ala:=”0001”; t1:=’1’;

elsif bha=”0001”and bla=”0001” then --b方得分达到11分，则保持 bha:=”0001”; bla:=”0001”; t2:=’1’; elsif amark>tmp1 then if ala=”1001” then

ala:=”0000”; aha:=aha+1; tmp1:=tmp1+1; else ala:=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

3.3.2 送数据模块的设计

送数据模块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 ch41;

Architecture behave of ch41a is

Begin

Process(sel)

Begin

Case sel is

When”100”=>q

When”101”=>q

When”000”=>q

When others=>q

End case;

End process;

End behave;

3.3.3 产生数码管片选信号模块的设计

产生数码管片选信号模块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_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”;

Elsif Tmp=”100” then

Tmp:=”101”;

Elsif tmp=”101” then

Tmp:=”000”;

End if;

End if;

Sell

End process;

End behave;

3.3.4 7段译码器模块的设计

7段译码器模块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 std_logic_vector(6 downto 0));

End disp;

Architecture behave of disp is

Begin

Process(d)

Begin

Case d is

When”0000”=>q

When”0001”=>q

When”0010”=>q

When”0011”=>q

When”0100”=>q

When”0101”=>q

When”0110”=>q

When”0111”=>q

When”1000”=>q

When others=>q

End case;

End process;

End behave;

4 系统的波形仿真

图1所示为A方发球，在恰当的时候B方接到球，当球回到A方时，A方又接到球，但B方再也没有接到球的仿真波形。

图1 乒乓球仿真波形一

图2所示为A方两次发球，B方没有接到球，A方得到2分的仿真波形图

图2乒乓球仿真波形二

图3所示为A方发球，B方提前击球的情况，此时，A方得一分。图中还显示了A方发球，B方在规定的时刻没有接到球的情况，此时，A方又得一分。

图3乒乓球仿真波形三

图4所示为A方得分增加到11分的情况，此时awin输出高电平，输出分数保持不变。当清零信号按下时，得分清为零，awin输出恢复低电平，又可以开始新的一局比赛。

图4乒乓球仿真波形四

5 乒乓游戏机顶层电路图

图5乒乓游戏机顶层电路图

6 硬件测试及引脚锁定

在这次的硬件测试中，采用六号模式。其中的clr，af，aj，bf，bj均为输入信号，并且只有高电平和低电平之分，所以，在锁定的时候af，aj分别接入16，11，在硬件器件上分别接在键8和键7，同理bf，bj锁定在18，19号的引脚上，分别对应的键4和键5，异步清零信号clr则接在键3， clk，sclk为时钟脉冲信号分别接在42，43号。输出信号为q6~q0，shift0~shift7，q输出为A,B两方的分数，它的接出了七段数码管，shift代表乒乓球的移动，它的接出为发光二极管。其中q6-78，q5-73，q4-72，q3-71，q2- 70，q1-67，q0-66；shift7-38， shift6-37， shift5-36， shift4-35， shift3-30， shift2-29， shift1-28， shift0-27.

引脚锁定如下图所示：

图六 引脚锁定图

7 设计心得与体会

这次EDA课程设计历时两个星期，在整整两个星期的日子里，可以说是苦多于甜，但是可以学的到很多很多的东西，同时不仅可以巩固以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次设计，进一步加深了对EDA的了解，让我对它有了更加浓厚的兴趣。特别是当每一个子模块编写调试成功时，心里特别的开心。但是在编写顶层文件的程序时，遇到了不少问题，特别是各元件之间的连接，以及信号的定义，总是有错误，在细心的检查下，终于找出了错误和警告，

排除困难后，程序编译就通过了，心里终于舒了一口气。在波形仿真时，也能仿真正确了。最难的是引脚锁定与测试这一块，由于，我选的乒乓球游戏机的引脚很多，而且也比较复杂,其中老是将引脚弄错，终于锁定完了，编译也没有出错，当在硬件上测试的时候，发现结果并不像设定的那么好，比如在发球的时候，根本没有设置首先从哪边开始，然后在接发球的过程中很难接到，不过也有接到的时候，基本上达到了实验的要求。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

参考文献

[1]阎石 主编，《数字电子技术基础》（第五版），高等教育出版社，2006

[2]朱正伟主编，《EDA技术及应用》，清华大学出版社，2005

[3]廖裕评等主编，《CPLD数字电路设计——使用MAX+plusⅡ入门篇》，清华大学出版社，2004

[4张亦华等主编，《数字逻辑设计实验技术与EDA工具》，北京邮电大学出版社，2003

[5]谭会生等主编，《EDA技术及应用》，西安电子科技大学出版社，2001

[6]黄智伟等主编，《FPGA系统设计与实践》，电子工业出版社，2004