基于VHDL课程的设计乒乓球游戏.docVIP

课程设计 名称 乒乓球游戏程序 姓名 专业班级 目录 1 第一部分 绪论 2 1.1 课题设计背景 2 1.1.1 FPGA简介 2 1.1.2 硬件描述语言VHDL 2 1.1.3 QuartusⅡ简介 2 1.2 课题主要内容 3 第二部分 系统设计 4 2.1整体设计图 4 2.2设计思路 5 2.3具体功能对应等 6 第三部分 模块设计 9 3.1控制模块 9 3.1.1 引脚功能 9 3.1.2 核心代码及解释 10 3.1.3 RTL图 13 3.2 分频模块 14 3.2.1 引脚功能 14 3.2.2 核心代码及解释 14 3.2.3 RTL图 15 3.3 按键处理模块 15 3.3.1 引脚功能 15 3.3.2 核心代码及解释 15 3.3.3 RTL图 16 3.4 锁楼层模块 17 3.4.1 引脚功能 17 3.4.2 核心代码及解释 17 3.4．3 RTL图 18 第四部分 操作配图 19 第五部分 结论 23 4.1遇到的问题和改进 23 4.2工作分配比例 23 第六部分 附录 24 基于FPGA的乒乓球游戏程序的设计 摘 要 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。用VHDL编程模拟乒乓球比赛，电路模块由分频、状态机等部分组成，对各部分编写VHDL算法，进行编译及程序下载。通过验证，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，还能根据接球快慢改变球运行的速度。实现乒乓游戏机的功能。 关键词：乒乓游戏机、VHDL、状态机 第一部分 绪论 1.1 课题设计背景 1.1.1 FPGA简介 FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。VHDL 的英文全名是VHSIC Hardware Description Language(VHSIC硬件描述语言)。VHSIC是Very High Speed Integrated Circuit的缩写，是20世纪80年代在美国国防部的资助下始创的，并最终导致了VHDL语言的出现。1987 年底，VHDL被 IEEE 和美国国防部确认为标准硬件描述语言。VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分，及端口）和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。 Altera Quartus II 作为一种可编程逻辑的设计环境, 由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。Altera Quartus II （3.0和更高版本）设计软件是业界唯一提供FPGA和固定功能HardCopy器件统一设计流程的设计工具。 1.2 课题主要内容 随着可编程逻辑电路和EDA技术的发展，在逻辑电路设计和嵌入式系统设计方面，以CPLD/FPGA为代表的可编程逻辑器件已经逐步代替了传统的标准逻辑器件；本次论文的乒乓球游戏所有的程序可以集成在一个FPGA开发芯片上面，不用在用其他功能的分立逻辑元件，达到集成度高、响应快、功耗低的特点。 本次论文主要是基于FPGA的乒乓球游戏的设计，模拟乒乓球比赛的基本过程和规则，自动裁判和记分，比局为7局，每局11分。而本次论文采用模块化设计，主要分为两大模块：时钟分频模块、状态机控制模块。 第二部分 系统设计 2.1整体设计图 图 1 乒乓球游戏程序BDF图 2.2设计思路 1．控制模块状态图 图 2 乒乓球游戏程序控制模块状态图 2．总体思路 SW0开关（EN）控制功能使能与比赛清零 。SW0关闭（EN=0），显示学号后六位，打开时允许运行，比分比局清零。利用状态机，设初始状态处于start状态，key3为复位键，