基于VHDL的乒乓球游戏机的设计

湖南科技大学《VHDL硬件描述语言课程设计报告》题目：乒乓球游戏机设计专业：通信工程班级：姓名：学号：指导教师：胡仕刚、王艳2015年01月4日信息与电气工程学院课程设计任务书2014—2015学年第一学期专业：学号：姓名：课程设计名称：设计题目：完成期限：自年月日至年月日共周设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：指导教师（签字）：批准日期：年月日1目录摘要.....................................................2ABSTRACT..............................................2第一章课程设计的目的.....................................3第二章课程设计的内容.....................................32.1课程设计的简要说明...................................32.2课程设计的任务和要求.................................3第三章电路工作原理.......................................4第四章主要程序及仿真结果.................................54.1主要程序.............................................54.2编译和波形仿真......................................9第五章对本次设计的体会和建议............................12参考文献：..............................................132摘要用VHDL编程模拟乒乓球比赛，电路模块由状态机、记分器、译码显示器等部分组成，对各部分编写VHDL算法，进行编译、仿真、逻辑综合、逻辑适配及程序下栽．通过GW48型EDA实验箱的验证，乒乓游戏机能模拟乒乓球比赛的基本过程和规则，并能自动裁判和记分。VHDL是高速集成电路硬件描述语言，目前已成为许多设计自动化工具普遍采用的标准化硬件描述语言．VHDL语言功能性强、覆盖面广、灵活性高，具有很好的实用。本文设计一个基于VHDL的乒乓游戏机模拟乒乓球比赛。设计的难点是状态机。并对其进行仿真，给出了仿真波形，完整程序可写入芯片，配合外围元器件，实现乒乓游戏机的功能。关键词：VHDL；GW48；乒乓游戏机AbstractTabletennissimulationgameusingVHDLprogramming,circuitmoduleiscomposedofstatemachine,marker,decodingdisplayparts,eachpartofthepreparationoftheVHDLalgorithm,compile,simulation,logicsynthesis,logicadapterandprogramplanted.ThroughexperimentalverificationboxtypeGW48EDA,tabletennistourbasicprocessandrulesofplayoffunctionsimulationtabletenniscompetition,andcanautomaticallyjudgeandscore.VHDLisahighspeedintegratedcircuithardwaredescriptionlanguage,hasnowbecomethestandardiswidelyusedinmanydesignautomationtools,hardwaredescriptionlanguage.VHDLlanguagefunctionisstrong,widecoverage,highflexibility,practicabilityisverygood.AtabletennismatchsimulationtabletennisgamemachinebasedonVHDLisdesignedinthispaper.Designisthedifficultyofstatemachine.Andthesimulation,thesimulationwaveform,acompleteprogramcanbewrittenwithchip,peripheralcomponents,toachievethefunctionoftabletennisgamemachine.Keywords:VHDL;GW48;tabletennisgamemachine3第一章课程设计的目的1、熟练掌握了相关软件MaxPlus2的使用操作。能对VHDL语言程序进行编译及调试，以及通过计算机仿真，得到正确的仿真波形图，并根据所得仿真波形图分析判断并改进所设计的电路。2、在成功掌握软件操作基础上，将所学数字电路的基础课知识与VHDL语言的应用型知识结合起来并与实际设计，操作联系起来，即“理论联系实际”的观点。3、完成可编程器件与VHDL语言课程设计，掌握设计语言技术的综合应用性。本次设计课题为多路彩灯控制器。4、熟悉系统的分析和设计方法，合理掌握选用集成电路的方法，初步接触EDA技术，为以后本专业的学习奠定良好的基础。第二章课程设计的内容2.1课程设计的简要说明两人乒乓球游戏机是用9个发光二级管代表乒乓球台，中间一个发光二极管兼做乒乓球网，用点亮的发光二极管按一定方向移动来表示球的运动。在游戏机的两侧各设置发球和击球开关，(一个是发球开关StartA，StartB;另一个是击球开关HitA,HitB。)甲乙双方按乒乓球比赛规则来操作开关。当甲方按动发球开关时，靠近甲方的第一个发光二极管亮，然后发光二极管由甲方向乙方依次点亮，代表乒乓球的移动。当球过网后按照设计者规定的球位乙方就可以击球。若乙方提前击球或者未击到球，则甲方得分,甲方的记分牌自动加分。然后重新发球进行比赛，知道一方记分达到21分为止，记分清零，重新开始新一局比赛。2.2课程设计的任务和要求设计一个乒乓球游戏机，该机模拟乒乓球比赛的基本过程和规则，并能自动裁判和计分。要求如下：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亮的方向决定。球移动的速度为0.1~0.5s移动一位（读者可以根据自己的情况进行设定）。球过网，接球方就可以接球，提前接球或者没击着球均判失分。3.比赛按21分为一局，甲、乙双方都应设置各自的记分牌，任何一方先记满21分，该方就算胜出。按Reset键将记分牌清0后，即可开始新的一局比赛。42.3课程设计的训练目标学会用VHDL设计简单的状态机，掌握用状态机控制其他模块并处理其反馈信息的经典用法。第三章电路工作原理ScoreAScoreBIncreaseAIncreaseBClearLight[0..8]按键系统的逻辑划分图设计该乒乓球游戏机的输入/输出端口。首先考虑输入端口，一般都应该设置一个异步置位端口Reset，用于在系统不正常时回到初始状态；两个发球输入端StartA，StartB，逻辑5‘1’分别表示甲方和乙方的发球；两个击球输入端Hit1和Hit2，逻辑‘1’分别表示甲击球和乙击球；一个开始游戏按钮startbutton，处于逻辑‘1’表示可以游戏；还得有一个时钟输入端口clk。其次考虑输出端口，芯片应该有9个输出端口来控制9个发光二极管，输出逻辑‘1’即输出一个高电平，可以使发光二极管点亮；另外，要直观地表示双方的得分，就得用到七段译码器，每方用到2个，可以表示0~21的数字，每个七段译码器需要芯片的7个输出端口来控制，总共需要28个输出端口。第四章主要程序及仿真结果4.1主要程序4.1.1主程序状态机模块这个模块式主程序模块，也是最重要的模块。采用状态机单进程的方法，一共设置了7个状态，分别是“等待发球状态”（waitserve），“第一盏灯亮状态”（light1on）,“第六盏灯亮状态”（light6on）,“球向乙移动状态”(ballmove2)，“球向甲移动状态”(ballmoveto1)，“允许甲击球状态”(allow1hit)，“允许乙击球状态”(allow2hit)。具体实现代码如下：process(clk1,reset)--clk作为敏感信号触发进程begin--进程开始ifreset='0'then--异步置位i=0;count1=00000;count2=00000;elsif(rising_edge(clk1))then--当处于时钟inclock上升沿时ifcount1=10101orcount2=10101theni=0;count1=00000;--count1和count2分别为甲、乙的得分count2=00000;else--以下case语句是程序中最关键的状态机部分casestateiswhenwaitserve=--进程处于等待发球状态ifserve='0'theni=1;state=light1on;elsei=6;state=light6on;endif;whenlight1on=--进程处于第一盏灯亮状态i=2;ifhit2_en='0'theni=0;6count1=count1+1;--甲得一分state=waitserve;elsestate=ballmoveto2;endif;whenlight6on=--进程处于第八盏灯亮状态i=5;ifhit1_en='0'theni=0;count2=count2+1;--乙得一分state=waitserve;elsestate=ballmoveto1;endif;whenballmoveto1=--进程处于球向乙移动状态ifhit1_en='0'theni=0;count2=count2+1;state=waitserve;elsifi=2theni=1;state=allow1hit;elsei=i-1;state=ballmoveto1;endif;whenballmoveto2=--进程处于球向乙移动状态ifhit2_en='0'theni=0;count1=count1+1;state=waitserve;elsifi=5theni=6;state=allow2hit;elsei=i+1;state=ballmoveto2;endif;whenallow1hit=--进程处于允许甲击球状态ifhit1_en='0'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_en='0'theni=5;state=ballmoveto1;7elsecount1=count1+1;i=0;state=waitserve;endif;endcase;endif;endif;endprocess;主程序模块包含了计数功能，用count1和count2分别代表甲、乙的分数。用了这两个计数，接下来就可以用来译码了。4.1.2数码管译码模块这次采用的是共阳数码管，就是把主程序模块里面的计数count1和count2译成7段译码。具体代码如下：process(count1)-----显示甲得分数begincasecount1iswhen00000=score11=00000011;score12=00000011;----数码管显示0when00001=score11=00000011;score12=10011111;----数码管显示1when00010=s