乒乓球游戏机(1)

大连理工大学城市学院数字电路与系统课程设计设计题目：乒乓球游戏机学院：电子与自动化学院专业：电气工程及其自动化学生：杨显奎同组人:闫瑞峰石满磊指导教师：***完成日期： 2013年4月22日目录第一章设计任务1.1项目名称1.2项目设计说明1.2.1设计任务和要求1.2.2进度安排1.3项目总体功能模块图第二章需求分析2.1问题基本描述（要求分析得出整个系统流程图）2.2系统模块分解2.3系统各模块功能的基本要求第三章设计原理3.1 设计原理3.2 QUARTUSII介绍第四章系统功能模块设计4.1核心模块4.1.1核心模块流程图4.1.2输入输出引脚及其功能说明4.1.3程序代码实现4.2分频模块4.2.1分频模块流程图4.2.2输入输出引脚及其功能说明4.2.3程序代码实现4.3消抖模块4.3.1消抖模块流程图4.3.2输入输出引脚及其功能说明4.3.3程序代码实现4.4译码模块4.4.1译码模块流程图4.4.2输入输出引脚及其功能说明4.4.3程序代码实现第五章调试并分析结果5.1输入说明5.2预计输出5.3测试结果记录5.4测试结果分析第六章结论（最终实现哪些功能、未实现功能）心得体会参考文献第一章设计任务1.1项目名称：设计乒乓球游戏机本项目的主要内容是设计乒乓球游戏机，使该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。

该课程设计将所学的数字电路与系统大部分知识和VHDL语言结合，并利用Quartus II对程序进行文本编辑输入、仿真测试并得出仿真波形,了解控制信号的时序。

1.2项目设计说明本项目主要用来实现、模拟乒乓球比赛的基本过程和规则，并能自动裁判和记分。

1.2.1设计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，并能自动裁判和记分。

要求如下：（1）使用乒乓球游戏机的甲乙双方各在不同的位置发球和击球。

（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。

使用者根据球的位置发出相应的动作，提前击球或出界均判失分。

设计者可按过网击球来设计，也可按乒乓球移动到对方第二盏灯亮后方可击球来设计。

1.2.2进度安排（1）第一次课整理好自己的整体思路，把这个设计题目分成几个模块，与组员一起分配各自的任务，并进行小模块的编程、分析。

（2）第二次课重点把自己的模块的程序调好并仿真、下载，看看是否实现了该模块功能。

（3）第三、四次课把各个模块组合起来，完成顶层设计，进行仿真、下载，实现设计要求，并在设计要求的基础上进行部分创新。

（4）第五次课，整理总结材料，向老师汇报自己的设计成果。

1.3项目总体功能模块图图1--1总体功能模块图第二章需求分析2.1问题基本描述（要求分析得出整个系统流程图）用8～16个发光二极管代表乒乓球台，在游戏机的两侧各设置两个开关，一个是发球开关，一个是击球开关。

甲方按动发球开关时，靠近甲方的第一盏灯亮，然后发光二极管由甲向乙依次点亮，代表乒乓球在移动。

当球过网后，乙方就可以击球。

若乙方提前击球或没有击到球，则判乙方失分，甲方自动加分，根据乒乓球比赛的过程和规则，首先游戏开始，如果一方非正确击球则另一方加分，当分数大于11时获胜，游戏结束，则把设计流程规定如下图所示。

图2--1流程图2.2系统模块分解(1)核心模块核心模块有两个功能，第一个是实现逻辑功能，即对甲方乙方的发球击球情况进行判断，然后再对双方谁得分进行记录；第二个是将整数得计分转换成十进制数，以便译码显示。

(2)分频模块分频模块是将来自实验板上频率为50MHZ的时钟信号转化为我们需要的频率为1HZ的时钟信号。

（3）消抖模块消抖模块是为了消除来在按键操作时可能产生的干扰。

（4）译码模块七段译码器用来将输入数据进行翻译，便于数码管显示出数据。

第三章 设计原理3.1 设计原理 1、设计步骤：（1）设计整个程序的核心模块，用来实现题目的全部逻辑功能。

模块分两个进程，第一个实现逻辑功能，第二个将整数的记分转换为十进制数，便于译码显示。

存为corna.vhd ；（2）设计一个模块将50MHZ 的时钟信号转化为1HZ 的时钟信号，存为fen.vhd ； （3）设计一个模块消除抖动现象的干扰，将此模块存为xiaodou.vhd ； （4）从记分子程序得到分数，译码并动态显示出来。

程序名为disp.vhd ； （5）利用顶层设计将上面的四个模块组合起来，程序名为pingpanggame.vhd 。

2、各模块原理图：模块一：核心模块 模块二：分频模块模块三：消抖模块 模块四：译码模块clr af aj bf bj clkshif t[7..0]ah[3..0]al[3..0]bh[3..0]bl[3..0]cornainst13clk qf eninst11din clkdoutxiaodouinst12d[3..0]q[6..0]dispinst113.2 QUARTUSII介绍Max+plusII作为Altera的上一代PLD设计软件，由于其出色的易用性而得到了广泛的应用。

目前Altera已经停止了对Max+plus II的更新支持。

QuartusII是Altera公司继Max+plus II之后开发的一种针对其公司生产的系列CPLD/PGFA器件的综合性开发软件，它的版本不断升级，从4.0版到10.0版，这里介绍QuartusII8.0版，该软件有如下几个显著的特点：1、Quartus II 的优点该软件界面友好，使用便捷，功能强大，是一个完全集成化的可编程逻辑设计环境，是先进的EDA工具软件。

该软件具有开放性、与结构无关、多平台、完全集成化、丰富的设计库、模块化工具等特点，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。

Quartus II可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。

具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。

2、Quartus II对器件的支持 Quartus II支持Altera公司的MAX 3000A 系列、MAX 7000系列、MAX 9000系列、ACEX 1K系列、APEX 20K系列、APEX II 系列、FLEX 6000系列、FLEX 10K系列，支持MAX7000/MAX3000等乘积项器件。

支持MAX II CPLD系列、Cyclone系列、Cyclone II、Stratix II系列、Stratix GX系列等。

支持IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模块库，用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。

此外，Quartus II 通过和DSP Builder工具与Matlab/Simulink相结合，可以方便地实现各种DSP 应用系统；支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。

3、Quartus II对第三方EDA工具的支持对第三方EDA工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三放EDA工具。

Altera的Quartus II可编程逻辑软件属于第四代PLD开发平台。

该平台支持一个工作组环境下的设计要求，其中包括支持基于Internet的协作设计。

Quartus平台与Cadence、ExemplarLogic、 MentorGraphics、Synopsys和Synplicity等EDA 供应商的开发工具相兼容。

改进了软件的LogicLock模块设计功能，增添了FastFit编译选项，推进了网络编辑性能，而且提升了调试能力第四章系统功能模块设计4.1、核心模块ＣＯＲＮＡ模块有两个功能，第一个是实现整个设计的逻辑功能，当游戏开始时，先通过CLR对整个系统进行清零，在输入CLK上升沿有效的条件下，甲方开始发球，在LED灯上从距离甲方最近的一个开始闪亮，并依次向乙方移动，再过了网后乙方就可以击球，若乙方击球成功，则球按原路返回，在再次过网后甲方就可击球，若甲击球成功，则按以上游戏一直进行下去，而若有一方击球失败则LED灯全部熄灭，并给对方在记分牌上记一分；倘若有一方发球失败，则给对方也在记分牌上记一分，当其中的一方记满11分时比赛结束，清零后可开始下一局。

第二个是将整数得计分转换为十进制数，便于译码显示。

当甲乙双方的记分低位到达9时使低位清零，同时使高位加1，以便正确地在数码管上显示得分。

CLR 为乒乓球游戏清零键，接按键；AF 为甲方发球控制键，接按键；AJ 为甲方接球控制键，接按键；BF 为乙方发球控制键，接按键；BJ 为乙方接球控制键，接按键；CLK 为控制乒乓球行进速度的时钟信号，接时钟信号源；SHIFT[7..0]为LED 灯显示输出端，接8个LED 显示灯；AH[3..0]为甲方记分的高位，AL[3..0]为甲方记分的低位，BH[3..0]为乙方记分的高位，BL[3..0]为乙方记分的低位，以上四位都在经过译码器译码后接8位数码显示管。

其VHDL 程序如下所示：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity corna isport(clr,af,aj,bf,bj,clk:in std_logic; --af,aj,bf,bj:分别为A 方发球键、键，B 方发球键、接关球键，均接按键开关shift:out std_logic_vector(7 downto 0);ah,al,bh,bl:out std_logic_vector(3 downto 0)); end corna;architecture corn_arc of corna is signal amark,bmark:integer; beginprocess(clr,clk)variable a,b:std_logic;variable she:std_logic_vector(7 downto 0); beginif clr='0' thena:='0'; b:='0';she:="00000000"; amark<=0;bmark<=0; elsif clk'event and clk='1' thenif a='0'and b='0'and af='0' then --A 方发球 a:='1';she:="10000000";elsif a='0'and b='0' and bf='0' then --B 方发球 b:='1';she:="00000001";elsif a='1'and b='0' then --A 方发出球后 if she>8 thenclr af aj bf bj clkshif t[7..0]ah[3..0]al[3..0]bh[3..0]bl[3..0]cornainst13if bj='0' then --B方过网击球amark<=amark+1;a:='0';b:='0';she:="00000000";elseshe:='0' & she(7 downto 1); --B方没有击球end if;elsif she=0 then --球从B方出界amark<=amark+1;a:='0';b:='0';elseif bj='0' then --B方正常击球a:='0';b:='1';elseshe:='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，情况同前if she<16 and she/=0 thenif aj='0' thenbmark<=bmark+1;a:='0';b:='0';she:="00000000";elseshe:=she(6 downto 0) & '0';end if;elsif she= 0 thenbmark<=bmark+1;a:='0';b:='0';elseif aj='0'thena:='1';b:='0';elseshe:=she(6 downto 0)&'0';end if;end if;end if;end if;shift<=she;end process;process(clk,clr,amark,bmark)variable aha,ala,bha,bla:std_logic_vector(3 downto 0); variable tmp1,tmp2:integer;beginif clr='0' thenaha:="0000";ala:="0000";bha:="0000";bla:="0000";tmp1:=0;tmp2:=0;elsif clk'event and clk='1' thenif amark>tmp1 thenif ala="1001" thenala:="0000";aha:=aha+1;tmp1:=tmp1+1;elseala:=ala+1;tmp1:=tmp1+1;end if;end if;if bmark>tmp2 thenif bla="1001" thenbla:="0000";bha:=bha+1;tmp2:=tmp2+1;elsebla:=bla+1;tmp2:=tmp2+1;end if;end if;end if;al<=ala;bl<=bla;ah<=aha;bh<=bha;end process;end corn_arc;仿真波形如下：波形分析：CLR的低电平有效，其清零后，在CLK上升沿有效的条件下，甲方先发球，则LED灯显示十进制数80，即为二进制数10000000，乒乓球灯右移，波形图符合要求。