基于FPGA的篮球比赛计分器设计

科技天地75INTELLIGENCE基于FPGA的篮球比赛计分器设计常州信息职业技术学院电子与电气工程学院唐龙摘要：给出了一种基于FPGA芯片的篮球比赛计分器的设计方法。利用FPGA的可编程性，结合VHDL程序，缩短了研发周期，简化电子电路的设计，实现了篮球比赛计分器甲乙两队加分、减分和分数调整的功能，编程和修改非常方便，并且易于扩展和维护。关键词：FPGAVHDL计分器引言篮球比赛计分器是用于各类室内、室外体育比赛场馆所举办的篮球比赛中必须使用的一套系统。目前市面上的篮球比赛计分器主要是采用单片机作为核心元件，利用LED或LCD作为显示器件。而采用FPGA作为核心器件的篮球比赛计分器，具有集成度高，功能强，通用性好，体积小，重量轻，能耗低，价格便宜，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等优点。电子设计自动化(EDA)技术是基于可编程逻辑器件的数字电子系统设计，它是进行系统芯片集成的新设计方法，也正在快速地取代基于PCB板的传统设计方式。在EDA工具软件QUARTUSⅡ平台上，采用硬件描述语言(VHDL)设计的计分系统，通过了编译、适配和软件仿真验证。昀后用载入实验开发平台的硬件实验证明了其正确性。一、系统结构本设计结合ALTERA公司的DE2实验平台，按键开关K1～K8组成甲、乙两队加减分控制。时钟脉冲从实验平台的有源晶振经分频器后产生，现场可编程门阵列（FPGA）是ALTERA公司的CycloneII系列的EP2C35F672C6芯片，其负责控制整个计分系统，使用7段共阴LED数码管作为系统的显示部分。系统组成原理框图如图1所示。二、系统工作原理首先在比赛之前，接通电源，系统自动复位，此时计分电路中共阴极的6个数码管全部显示为000；在整个赛程中，要对两队比分进行及时刷新，这时通过计分电路中的开关K1～K8键完成此功能，K1、K2、K3和K4键完成甲队加1分、加2分、加3分和减1分，K4～K8键完成乙队加分、减分。按键每按一下，表示加分或者减分。由于加分、减分我们采用中断完成，且加、减分的中断优先权小于计时电路中的中断优先权，所以不会对计时电路造成影响。三、VHDL程序设计(1)分频模块从DE2实验平台的有源晶振获得一个高频脉冲信号（50MHz），将该信号经分频后产生一个计数扫描频率和显示扫描频率。(2)计分模块用于甲（乙）队加1分、加2分、加3分和减1分的累计计分，并且假设计数初值为0，计数的昀大值为999。(3)编码模块由于数码管只能显示出0～9的字符，因此需要将计分输出值编码成百位、十位和个位的三位数，以便于在数码管上显示。(4)动态扫描模块由于一个数码管在一瞬间只能显示来一个来自段码的数据，而其他的数码管呈现关闭状态。如果希望6个数码管同时显示数据，就必须让6个选通信号轮流选通，并在每一个选通时间内在数据口加上当前位显示的段码，这样就实现了动态扫描。虽然每次只有一个数码管显示，但是只要扫描速率够快，由于人视觉的余晖效应，看起来所有的数码管都在同时显示。(5)译码模块将8421BCD码转换为0～9的字符。7段译码器的输出是根据7段译码器的输入产生用于控制点亮这7个线形LED的信号。四、实验验证通过使用EDA工具软件QUARTUSⅡ中的仿真器，对通过编译的篮球比赛计分器的VHDL设计进行了模拟仿真验证，昀后编译后下载到基于Altera公司的EP2C35F672C6芯片的开发板，能正确地实现篮球计分功能。五、结束语本设计采用自顶向下和模块化设计方式，各模块通用性强，在其它需要计数器、数码管显示等模块的设计中可作参考甚至可直接使用；在需要添加其它硬件设备如大屏幕LED、LCD、VGA接口设备等时能很方便扩展。当然，设计在时间的调整，时间实时转换，按键电平抖动，遥控方式控制等功能上还可以进一步完善。参考文献：[1]付永庆、张林：《用EDA设计LED汉字滚动显示器》，《电子产品世界》，2001，7:29-30。[2]唐庭龙、陆酉：《基于FPGA的篮球计时计分器的设计与实现》，《三峡大学学报》（自然科学版），2010年第6期。[3]黄毅、朱为等：《基于CPLD的LED显示屏异步控制系统设计》，《电子器件》，2004.3198-200。作者简介：唐龙，男，1979—，硕士，讲师，研究方向：EDA、工艺管理。