EDA-Verilog拔河游戏机报告

课程设计(论文)任务书电气与电子工程学院电子信息工程专业2013-2班一、课程设计(论文)题目拔河游戏机二、课程设计(论文)工作自2015年12月28日起至2016年1月8日止。三、课程设计(论文)地点:电子测控实验室四、课程设计(论文)内容要求：1）课程设计任务：1）设计一个能进行拔河游戏的电路2）电路使用8个（或7个）发光二极管，开机后只有中间两个（或中间一个）发亮，此即拔河的终点。3）游戏双方各持一个按钮，迅速地、不断地按动，产生脉冲，谁按得快，亮点就向谁的方向移动，每按一次，亮点就移动一次。4）亮点移动到任意一端的终端二极管时，这一方就获胜，此时双方按钮均无作用，输出保持，只有复位后才使亮点恢复到中心。5）用数码管显示获胜者的盘数。6）*在亮点移动到中端二极管是蜂鸣器报警一方获胜。2）课程设计论文编写要求（1）课程设计任务及要求（2）总体电路设计（3）模块设计---给出各个模块的详细设计思路（4）管脚绑定---列表或截图给出管脚绑定情况（5）仿真及FPGA开发板调试---给出运行仿真波形截图，分析运行结果。（6）设计体会与小结---设计遇到的问题及解决办法，通过设计学到了哪些新知识，巩固了哪些知识，有哪些提高。（7）参考文献（必须按标准格式列出，可参考教材后面的参考文献格式）（8）报告按规定排版打印，要求装订平整，否则要求返工；（9）课设报告的装订顺序如下：封面---任务书---中文摘要---目录----正文---附录(代码及相关图片)（10）严禁抄袭，如有发现，按不及格处理。EDA技术课程设计报告第2页3）课程设计评分标准：（1）学习态度：10分；（2）系统设计：20分；（3）代码调试：20分；（4）回答问题：20分；（5）论文撰写：30分。4）课程设计进度安排进度安排：本设计持续10天，其中最后一天为答辩时间。第1-2天：讲解题目，准备参考资料，检查、调试实验软硬件，进入设计环境，开始设计方案和验证方案的准备；第3-4天：完成设计与验证方案，经指导老师验收后进入模块电路设计；第5-7天：完成模块电路设计，进行代码输入，并完成代码的初步仿真；第8-9天：代码功能仿真正确，约束设计，综合、下载，实现设计目标，并指导老师验收设计；整理设计资料，撰写报告、准备答辩；第10天：验收合格后进行答辩。学生签名：2015年12月28日课程设计(论文)评审意见（1）学习态度（10分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（2）系统设计（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（3）代码调试（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（4）回答问题（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（5）论文撰写（30分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；评阅人：职称：2016年1月10日EDA技术课程设计报告摘要经过一个学期的EDA学习，要检验自己的学习效果，最好的方法就是课程设计。拔河游戏机是一个十分有趣的项目，不仅可以检验学习的情况，同时可以提高自己对EDA的兴趣。拔河游戏机由分频模块、按键扫描模块、计分模块、响铃模块、动态扫描模块、数码管选择模块以及译码模块组成，把输入20MHz时钟晶振信号分成合适频率的时钟输入进各个模块，开始游戏后，令双方按下按键，即可完成项目目标。本次项目设计使用VerilogHDL语言，完成拔河游戏机的设计。实用软件有QuartusII13和ModelSim-Altera10.1d，在其环境下进行代码的编写编译以及现象仿真，而后烧写到CycloneIVEEP4CE30F23C7FPGA实验板中，经过测试之后最终完成拔河游戏机的基本要求。关键字：VerilogHDL，QuartusII，FPGA，拔河游戏机EDA技术课程设计报告目录一、课程设计任务及要求..................................................................1二、总体电路设计..............................................................................2三、模块设计......................................................................................3四、管脚绑定......................................................................................7五、仿真及FPGA开发板调试..........................................................8六、设计体会与小结........................................................................11七、参考文献....................................................................................12EDA技术课程设计报告第1页一、课程设计任务及要求1、设计任务：1）设计一个能进行拔河游戏的电路。2）电路使用8个(或7个)发光二极管，开机后只有中间两个（一个）发亮，此即拔河的中心点。3）游戏双方各持一个按钮，迅速地、不断地按动，产生脉冲，谁按得快，亮点就向谁的方向移动，每按一次，亮点移动一次。4）亮点移到任一方终端二极管时，这一方就获胜，此时双方按钮均无作用，输出保持，只有复位后才使亮点恢复到中心。5）用数码管显示获胜者的盘数。6）附加，亮点移动到任意一方终点时，蜂鸣器报警提醒。2、要求：1）全部使用VerilogHDL硬件描述语言编写。2）使用ModelSim-Altera软件进行仿真并对结果进行分析。3）分析预期现象与实际现象之间产生差别的原因。EDA技术课程设计报告第2页二、总体电路设计1、拔河游戏机总体设计思想：在20MHz的时钟信号作用下，经过分频模块分频成1KHz和10Hz的时钟信号，数码管动态扫描使用1KHz的频率，按键扫描使用10Hz的频率，通过按键扫描将双方的按键情况输入，并产生与之相对应晶体管亮点位置的位移，当位移至某一方的终点时，将按键使能端关闭，蜂鸣器报警开启，并使获胜方的分数加一，将分数通过译码在数码管上显示出来。可以通过游戏复位按键是晶体管亮点回到中心，通过分数复位按键使双方分数全部清零。2、总体电路组成CLK图2-1拔河游戏机总体设计框图分频模块1KHz时钟10Hz时钟动态扫描模块按键扫描模块亮点移动计分译码数码管EDA技术课程设计报告第3页三、模块设计1、分频模块设计设计思路：由于FPGA芯片内部提供的时钟信号为20MHz，因此需要将其分频为10Hz，1KHz的信号，为后续的按键扫描，，蜂鸣器报警以及数码管动态扫描显示提供时钟脉冲激励。通过设置模计数器cnt1khz与cnt10hz，在20MHz时钟脉冲下计数，并将输出时钟翻转，最终输出的分别是1KHz，10Hz的时钟分别名为clk1khz与clk10hz。cnt1khz9999时翻转CLK20MHzcnt10hz999999时翻转图3-1分频模块框图2、按键扫描与亮点位移模块设计设计思路：s1和s2是按键经过消抖后的输入变量，8位ledtemp是亮点当前位置的状态变量，初值为00011000，t是亮点位移的中间变量初值为3即亮点处在中间。配合时钟脉冲，并且游戏使能端开启的情况下，当key1按下key2不按下时，t自减1，当key1不按下key2按下时，t自加1，其他情况t保持不变。而后用case语句对应不同的t给予不同的ledtemp值，例如t=1意味着亮点应该左移了两位，给ledtemp赋值01100000。最后在always块之外用assign语句将ledtemp赋值给输出led。分频clk1khzclk10hzEDA技术课程设计报告第4页clk10hz不是是不是是Case(t)图3-2按键扫描与亮点位移框图3、比赛计分以及游戏锁定模块设计思路：拔河游戏机在任意一方将亮点按动到自己那边终点后，所得分数就会加一，且此时按动游戏按键无效。按动按键使亮点到达终点时即t等于0或者等于6,0为左端终点，6为右端终点。故可以设定一个游戏使能变量k且赋初始值为1，计数使能变量j初始值为1，在k等于1时按键有效，然后每当t变化一次之后就对其进行判断，当t到达了0或者6，将游戏时能变量k置0，且对相应的分数变量left与right加一，并将计数使能变量j置0，同时在这之中放入BCD码转换模块，将二进制的left和right转S1/S2为0/1t=t-1S1/S2为1/0t=t+1t保持原值tledtempledEDA技术课程设计报告第5页换为十进制方便译码。k=1不是t变化是不是t=6是图3-3比赛计分与游戏锁定框图4、获胜报警模块设计思路：在时钟脉冲激励下，检测并判断t的值，若t等于0或6，蜂鸣器变量ring置1，是蜂鸣器报警。clk1khz是图3-4获胜报警模块框图扫描按键t=0或t=6t=0left=left+1k=0j=0right=right+1k=0j=0t=0或t=6ring=1ring保持EDA技术课程设计报告第6页5、动态扫描、数码管选择与译码模块设计思路：通过绑定三个通选信号，对8个数码管进行扫描。在代码中设定输出q以及与其对应的中间变量qtemp，赋予初值为0，令其在1KHz的时钟下自加一，而当其等于7时置零。选择译码管使用case语句，在q所对应的数码管上赋予希望输出的值，即可完成选择。Case语句对应相应数字的段码完成译码。1khz时钟qtemp=0不是是图3-5动态扫描模块框图6、按键消抖模块设计思路：按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。所以在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，为了不产生这种现象我们需要将其消抖。不断地检测输入信号，与上个及上上个信号进行或运算，除非连续出现三个低电平才能说出现下降沿认为是按键按下。qtemp=qtemp+1qtemp=7qtemp=0EDA技术课程设计报告第7页四、管脚绑定表一管脚绑定NodeNameDirectionLocationaoutputPIN_W10boutputPIN_V10coutputPIN_U10doutputPIN_T10eoutputPIN_V11foutputPIN_U11goutputPIN_T11led[7]outputPIN_U8led[6]outputPIN_AB8led[5]outputPIN_U7led[4]outputPIN_V7led[3]outputPIN_W7led[2]outputPIN_Y7led[1]outputPIN_AA7led[0]outputPIN_AB7RingoutputPIN_A20q[2]outputPIN_AA8q[1]outputPIN_Y10q[0]outputPIN_AA10clkinputPIN_G22key1inputPIN_E12key2inputPIN_E13rst_ninputPIN_T2rsts_ninputPIN_T1EDA技术课程设计报告第8页1、abcdefg为数码管输出段码。2、8位led对应8位发光二极管。3、Ring为对应蜂鸣器。4、3位q为数码管通选信号。5、clk绑定20MHz时钟。6、key1、key2为双方玩家输入按键。7、rst_n、rsts_n分别为发光二级管与游戏使能端的复位以及游戏分数清零的按钮。五、仿真及FPGA开发板调试1、rst_n对使能端的复位在rst_n一开始为高电平时，j、k、t变量没有给赋值所以为高阻态，而当rst_n复位为低电平之后就对他们进行了赋值，使三个变量j=1、k=1