乒乓球比赛游戏机课程设计报告基于QuartusII FPGA
基于FPGA的乒乓球游戏机控制器设计毕业设计(论文)
基于FPGA的乒乓球游戏机控制器设计本科生毕业设计(论文) 第I页基于FPGA的乒乓球游戏机设计摘要Verilog是甚高速集成电路硬件描述语言。
目前，verilog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。
verilog语言功能性强，覆盖面广，灵活性高，具有很好的实用性。
本文设计一个基于verilog的乒乓游戏机，乒乓游戏机由状态机、记分器、译码显示器与按键去抖等部分所组成。
通过对各部分编写verilog程序，然后进行编译、仿真、逻辑综合、逻辑适配，最后进行编程下载，并且通过EDA实验箱的验证，实现乒乓游戏机的基本功能。
关键词：verilog；EDA；乒乓游戏机AbstractVERILOG is high speed IC hardware describe language. VERILOG already becomes the language of normalizing hardware describe that a lot of design automation implement adopts commonly at present. The VERILOG language function is strong. The face covering is broad, flexibility high and have the very good pragmatism. One main body of the book is designed waits for what part group is accomplished owing to that VERILOG table tennis game machine, table tennis game machine go to tremble from state machine, marker, decoding display and button. By compiling and composing VERILOG procedure to every part, then compiling, simulate, logic synthesis, logic fitting. Carry out programming time be loaded with finally. Then verification and by GW48 type EDA experiment box, realize table tennis game machine’s fundamental function.Key words: VERILOG：EDA; Table tennis game machine目录1 绪论 (1)1.1课题的背景和意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3本论文的主要内容 (2)2 Quartus II与Modelsim 软件简介 (3)2.1Quartus II 简介 (3)2.2Modelsim简介 (4)3 方案选择与系统总体设计 (6)3.1整体方案的选择 (6)3.1.1设计任务与要求 (6)3.1.2设计的原理和方法 (7)3.1.3芯片的选择 (8)3.2系统总体设计 (8)3.2.1乒乓游戏机的组成示意图 (8)3.2.2本系统的逻辑分框图 (9)4 系统各部分电路的详细设计 (10)4.1七段数码管显示译码电路 (10)4.2按键去抖电路 (11)4.3状态机设计 (11)4.3.1状态机的6种状态及状态转移 (11)4.3.2状态机/球台控制电路 (13)4.4记分器设计 (15)5 系统的整体综合与仿真 (16)5.1顶层文件设计 (16)5.2系统程序框图： (17)5.3整个系统的综合与仿真 (18)5.3.1 电路符号 (18)5.3.2 系统仿真 (18)6 系统的运行与仿真过程 (20)6.1系统程序的编译 (20)6.2 系统的仿真 (22)结论 (24)谢辞 (25)参考文献 (26)附录 (27)1 绪论1.1课题的背景和意义随着人们的物质生活越来越好了，人们开始对娱乐生活有了新的要求，特别是进入新世纪以来各种电子产品的不断出现，更是促进了我国电子行业的发展，为此，能够推出一款新的游戏产品是非常有前景的，本设计正是考虑了当前的社会现状，想设计出一款“乒乓球”游戏机，以往可能有过这方面的设计出现过，但是那些大多数都是采用的单片机等来实现的，本设计将采用最新的FPGA技术对“乒乓球”游戏机进行实现。
基于verilog 乒乓球游戏机课程设计报告
长沙学院EDA课程设计说明书题目乒乓球游戏电路设计系 (部)专业(班级)姓名学号指导教师起止日期2008电子信息工程专业课程设计任务书系（部）：电子与通信工程系专业：电子信息工程长沙学院课程设计鉴定表目录摘要：............................................................................................................................................................ - 6 - 1．设计要求.................................................................................................................................................. - 6 - 2.设计方案...................................................................................................................................................... - 6 -2.1乒乓球游戏机系统组成................................................................................................................... - 6 -2.2 功能模块设计.................................................................................................................................. - 6 -2.2.1 分频模块.............................................................................................................................. - 6 -2.2.2 按键消抖模块...................................................................................................................... - 7 -2.2.3 比赛规则控制（含发球控制器、乒乓球控制器、计分器） .......................................... - 9 -2.3顶层原理图...................................................................................................................................... - 11 -2.4 波形仿真........................................................................................................................................ - 11 -3.心得体会.................................................................................................................................................... - 12 -4.参考文献.................................................................................................................................................... - 12 -乒乓球游戏电路设计摘要：本设计使用FPGA 芯片来模拟实际的乒乓球游戏。
基于FPGA乒乓球游戏机Verilog设计
题目基于FPGA乒乓球游戏机Verilog设计学院通信工程专业班级通信081班学生姓名大彬哥指导教师大力会2013年6月12日摘要本文使用FPGA 芯片来模拟实际的乒乓球游戏。
本设计是基于Altera 公司的FPGA Cyclone II 芯片EP2C5T144C8 的基础上实现，运用Verilog HDL 语言编程，在Quartus II 软件上进行编译、仿真，最终在开发板上成功实现下载和调试关键词：编译仿真AbstractThis paper uses the FPGA chip to simulate the actual table tennis game. The design is based on Altera company Implementation of FPGA Cyclone based on II chip EP2C5T144C8, using Verilog HDL programming language, compile, simulation in Quartus IIsoftware, finally successfully in the development board download and debugKeywords: Compile；Simulation目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2Verilog 语言介绍 (1)1.2.1 Verilog 语言的用途 (2)1.2.2 Verilog 的历史 (2)1.2.3 Verilog 模块 (2)1.3 本文研究的意义 (3)第2章Verilog的基本理论 (4)2.1 Verilog模块的定义 (4)2.2Verilog模块的组成 (4)2.3 EP2C5T144C8芯片简介 (5)2.3.1 EP2C8开发板功能 (5)2.3.2开发板功能描述 (6)2.3.3EP2C5T144C8芯片的引脚图 (6)2.4 Verilog硬件描述语言的主要能力 (6)第3章乒乓球游戏机的软件设计 (8)3.1 乒乓球游戏机系统组成 (8)3.1.2功能模块设计 (8)3.2 发球权控制器 (9)3.3乒乓球位置控制 (10)3.3.1基于FPGA乒乓球比赛游戏机顶层原理图 (12)结论 (13)参考文献 (14)附录 (15)第1章绪论1.1 概述随着低复杂度FPGA器件成本的不断下降，具有灵活性和及时面市优势的FPGA与ASIC相比更有竞争性，在数字消费市场上的应用也急剧增加。
乒乓球游戏电路课程设计最终完成版
电子课程设计——基于Verilog的乒乓游戏设计电路学院：专业、班级:姓名：学号：指导教师：2014年12月引言可编程器件的广泛应用，为数字系统的设计带来了极大的灵活性。
可编程器件可以通过软件编程对硬件的结构和工作方式进行重构，使得硬件的设计可以如同软件设计那样快捷方便。
高速发展的FPGA、CPLD兼有串、并行工作方式和高速、高可靠性的特点，在电子系统设计中得到了广泛应用。
通常使用硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)进行数字电子系统设计。
目前应用广泛的硬件描述语言有：VHDL语言，Verilog HDL 语言，AHDL语言。
Verilog语言由于具有强大的行为描述能力和丰富的仿真语句从而成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。
鉴于如上所述，本系统使用Verilog语言进行设计，采用自上向下的设计方法。
利用Quartus II 9.1 进行Verilog程序的编译及综合，然后用Modelism SE 6.0进行功能仿真和时序仿真，并使用EDA实验箱进行下载验证。
基于Verilog的乒乓游戏设计电路一、设计任务及要求任务：设计一个乒乓球游戏机，模拟乒乓球比赛的基本过程和规则，并能裁判和自动计分。
要求如下：1.使用乒乓球游戏机的甲乙双方在不同的位置罚球或击球。
2.乒乓球的位置和移动方向可由发光二极管和依次点亮的方向决定，为球的移动速度为一定值（我们设计中设为0.5秒移动一位）。
使用者可按乒乓球的位置发出相应的动作，在其他时候击球视为犯规，给对方加一分；都犯规双方各加一分。
二、总体框图设计思路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，系统设计流程图如图1所示。
图2给出了乒乓球游戏机的原理图。
用5个发光二极管代表乒乓球，在游戏机两侧各设置二个开关，一个是发球开关，一个是击球开关。
即若A方按动发球开关时，靠近A方的第一灯亮，然后二极管由A向B逐次点亮，代表乒乓球在移动。
基于FPGA的乒乓球游戏机控制器设计
基于FPGA的乒乓球游戏机设计摘要Verilog是甚高速集成电路硬件描述语言。
目前，verilog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。
verilog语言功能性强，覆盖面广，灵活性高，具有很好的实用性。
本文设计一个基于verilog的乒乓游戏机，乒乓游戏机由状态机、记分器、译码显示器与按键去抖等部分所组成。
通过对各部分编写verilog程序，然后进行编译、仿真、逻辑综合、逻辑适配，最后进行编程下载，并且通过EDA实验箱的验证，实现乒乓游戏机的基本功能。
关键词：verilog；EDA；乒乓游戏机AbstractVERILOG is high speed IC hardware describe language.VERILOG already becomes the language of normalizing hardware describe that a lot of design automation implement adopts commonly at present.The VERILOG language function is strong.The face covering is broad,flexibility high and have the very good pragmatism.One main body of the book is designed waits for what part group is accomplished owing to that VERILOG table tennis game machine,table tennis game machine go to tremble from state machine,marker,decoding display and button.By compiling and composing VERILOG procedure to every part,then compiling, simulate,logic synthesis,logic fitting.Carry out programming time be loaded with finally.Then verification and by GW48type EDA experiment box,realize table tennis game machine’s fundamental function.Key words:VERILOG：EDA;Table tennis game machine目录1绪论 (1)1.1课题的背景和意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3本论文的主要内容 (2)2Quartus II与Modelsim软件简介 (3)2.1Quartus II简介 (3)2.2Modelsim简介 (4)3方案选择与系统总体设计 (6)3.1整体方案的选择 (6)3.1.1设计任务与要求 (6)3.1.2设计的原理和方法 (7)3.1.3芯片的选择 (8)3.2系统总体设计 (8)3.2.1乒乓游戏机的组成示意图 (8)3.2.2本系统的逻辑分框图 (9)4系统各部分电路的详细设计 (10)4.1七段数码管显示译码电路 (10)4.2按键去抖电路 (11)4.3状态机设计 (11)4.3.1状态机的6种状态及状态转移 (11)4.3.2状态机/球台控制电路 (13)4.4记分器设计 (15)5系统的整体综合与仿真 (16)5.1顶层文件设计 (16)5.2系统程序框图： (17)5.3整个系统的综合与仿真 (18)5.3.1电路符号 (18)5.3.2系统仿真 (18)6系统的运行与仿真过程 (20)6.1系统程序的编译 (20)6.2系统的仿真 (22)结论 (24)谢辞 (25)参考文献 (26)附录 (27)1绪论1.1课题的背景和意义随着人们的物质生活越来越好了，人们开始对娱乐生活有了新的要求，特别是进入新世纪以来各种电子产品的不断出现，更是促进了我国电子行业的发展，为此，能够推出一款新的游戏产品是非常有前景的，本设计正是考虑了当前的社会现状，想设计出一款“乒乓球”游戏机，以往可能有过这方面的设计出现过，但是那些大多数都是采用的单片机等来实现的，本设计将采用最新的FPGA技术对“乒乓球”游戏机进行实现。
FPGA设计实践简易乒乓游戏机（精选五篇）
FPGA设计实践简易乒乓游戏机（精选五篇）第一篇：FPGA设计实践简易乒乓游戏机课程设计报告课程设计名称：FPGA设计实践设计课题名称：简易乒乓游戏机成绩简易乒乓游戏机设计报告一、设计目的：本课程的授课对象是电子科学与技术专业本科生，是电子类专业的一门重要的实践课程，是理论与实践相结合的重要环节。
本课程有助于培养学生的数字电路设计方法、掌握模块划分、工程设计思想与电路调试能力，为以后从事各种电路设计、制作与调试工作打下坚实的基础。
简易乒乓游戏机的实验目的：1.熟练掌握VHDL 语言和QuartusII 软件的使用；2.理解状态机的工作原理和设计方法；3.掌握利用EDA 工具进行自顶向下的电子系统设计方法；二、实验器材和工具软件：QUARTUS II。
三、设计内容：本课程要求学生以FPGA技术基础，以VHDL为语言，以QUARTUS II为工具，设计一个乒乓球游戏机。
四、设计具体步骤：乒乓球游戏机是一个经典的数字逻辑综合设计的题目，本题目中输入输出的信号较多，控制比较复杂，可以采用自上而下的设计方法。
首先，整体上设计本题目。
在理解题目的基础上，用图示的方法直观描述乒乓游戏机的外观和构成，明确所需要的硬件以及特点。
例乒乓游戏机的组成两人乒乓游戏机是用8个发光二极管代表乒乓球台，中间2发光二极管兼作球网，用点亮的发光二极管按一定的方向移动来表示球的运动。
在游戏机的两侧各设置两个开关，一个是发球开关发A发fB;另一个是击球开关jA,jB。
甲、乙二人按乒乓球比赛规则来操作开关。
当甲方按动发球开关fA时,靠近甲方的第1个发光二极管亮，然后发光二极管的甲向乙依次点亮，代表乒乓球的移动。
当球过网后按设计者规定的球位，乙方就可击球。
若乙方提前击球或没击着球，则判乙方失分，甲方的记分牌自动加分。
然后重新发球，比赛继续进行。
比赛一直要进行到一方记分牌达到11分，该局结束。
（3）完成各模块的代码编写：[1]分频模块，用与生成2HZ的技术频率library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity clk_2 is port(clkin :in std_logic;clkout:out std_logic);end clk_2;architecture behave_clk_2 of clk_2 is constant N: Integer:=12499999;signal Counter:Integer RANGE 0 TO N;signal Clk: Std_Logic;begin process(clkin)begin if rising_edge(clkin)then if Counter=N then Counter<=0;Clk<=NOT Clk;else Counter<= Counter+1;end if;end if;end process;clkout<= Clk;end behave_clk_2 clk_2clkinclkoutinst7 [2]显示模块： library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity translate3to7 is port(datain:in std_logic_vector(2 downto 0);dataout:out std_logic_vector(6 downto 0));end translate3to7;architecture behave OF translate3to7 is begin with datain(2 downto 0)select dataout <= “1000000” when “000” ，“1111001” when “001” ，“0100100” when “010” ，“0110000” when “011” ，“0011001” when “100” ，“0010010” when “101” ，“0000010” when “110” ，“1111000” when “111”;end behave;translate3to7datain[2..0]dataout[6..0]inst4 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity translate7to14 is port(data:in std_logic_vector(3 downto 0);outputH:out std_logic_vector(6 downto 0);outputL:out std_logic_vector(6 downto 0));end translate7to14;architecture behave_translate OF translate7to14 is begin with data(3 downto 0)select outputL <= “1000000” when “0000” ，“1111001” when “0001” ，“0100100” when “0010” ，“0110000” when “0011” ，“0011001” when “0100” ，“0010010” when “0101” ，“0000010” when “0110” ，“1111000” when “0111” ，“0000000” when “1000” ，“0010000” when “1001” ，“1000000” when “1010”，“1111001” when “1011”，“0100100” when “1100”，“0110000” when “1101”，“0011001” when “1110”，“0010010” when “1111”;wi th data(3 downto 0)select outputh <= “1000000” when “0000”，“1000000” when “0001”，“1000000” when “0010”，“1000000” when “0011”，“1000000” when “0100”，“1000000” when “0101”，“1000000” when “0110”，“1000000” when “0111”，“1000000” when “1000”，“1000000” when “1001”，“1111001” when “1010”，“1111001” when “1011”，“1111001” when “1100”，“1111001” when “1101”，“1111001” when “1110”，“1111001” when “1111”;end behave_translate;translate7to14data[3..0]outputH[6..0]outputL[6 ..0]inst23 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity translate3to8 is port(datain:in std_logic_vector(2 downto 0);dataout:out std_logic_vector(7 downto 0));end translate3to8;architecture behave OF translate3to8 is begin when “000”=> dataout <=“11111110”;when “001”=> dataout <=“11111101”;when “010”=> dat aout<=“11111011”;when “011”=> dataout <=“11110111”;when “100”=> dataout <=“11101111”;when “101”=> dataout <=“11011111”;when “110”=> dataout <=“10111111”;when “111”=> dataout <=“01111111”;when others => dataout <=“11111111”;end behave;translate3to8datain[2..0]dataout0dataout1dataout2data out3dataout4dataout5dataout6dataout7inst26（4）各模块调试和波形（5）状态图：五、设计收获以及存在的问题：1在此次实验中要用到计数器编程中往往要学会引用变量，因为信号容易产生延迟。
基于FPGA乒乓球游戏
基于FPGA的乒乓球游戏的设计与实现引言FPGA(FieldProgrammableGateArray)，现场可编程门阵列。
它是继PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的成果。
它作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路，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。
作为一种可编程器件，FPGA与传统的数字电路和门电路相比，它采用逻辑单元阵列的模式，内部包含有可配置逻辑模块、输出输入模块和内部连线三个部分。
通过硬件描述语言(如VHDL语言)完成的电路设计，可以通过综合与布局，快速烧录至FPGA芯片上进行测试。
SOPC(SystemOnProgrammableChip)，可编程片上系统。
它是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，用于从事嵌入式系统的系统研究和电子测量处理等领域。
SOPC是一种特殊的嵌入式系统，它既是片上系统(SOC)，即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能，但它又不是简单的SOC，也是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁剪、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。
1乒乓球游戏玩法介绍将双通道示波器作为显示屏。
将两路信号输入示波器中，让示波器工作在X／Y模式。
单片机实验板上的两个按钮作为控制键分别用于左击球和右击球，当小球接近屏幕左边时按下左击球可将球击回右侧，右侧击球亦然。
小球可以按照一定的抛物线轨迹自动在屏幕上左右运动，连续按下两次击球键能够击出高抛球，使球飞行距离增高。
当球接触到屏幕边沿而未按下击球键则被判定为输球。
2实验器件CycloneIII(EP3C10E144C8)FPGA实验板，单片机P89V51实验板(含按键显示屏等)，电阻导线若干。
Altera公司生产的CycloneIIIFPGA芯片具有低功耗、低成本和高性能等特点。
其体系结构包括高达120K的垂直排列逻辑单元(LE)、以9-Kbit(M9K)模块构成的4Mbits嵌入式存储器、200个18x18的嵌入式乘法器。
基于FPGA的乒乓球游戏设计解读
软件部分 VHDL
--逻辑矢量转换为无符号数以便比较
count_value1<=unsigned(count1); count_value2<=unsigned(count2); compare_value1<=unsigned(compare1); compare_value2<=unsigned(compare2);
软件部分 C语言
int main (void) { Xuint32 Status; //读取GPIO初始化状态 XGpio Push_Bottons_4Bit; //定义GPIO按钮 XGpio Led_8Bit; //定义GPIO Xuint32 DataRead; //读取按钮数据 Xuint32 PWM[256]; //抽样256个点，保存在数组 Xuint32 count=0x0; //定义计分变量 int i,j=2,dir=1,inside_flag,hit_flag; //定义轨迹方向变量、 击球标志、可击球标志
signal divclk : std_logic; --分频时钟 signal count1 : std_logic_vector(0 to 15):=X"0000";--计数器1 signal count_value1: unsigned(0 to 15); --无符号计数值1 signal count2 : std_logic_vector(0 to 15):=X"0000";--计数器2 signal count_value2 : unsigned(0 to 15); --无符号计数值2 signal compare1 : std_logic_vector(0 to 15); --比较匹配值1 signal compare_value1: unsigned(0 to 15); --无符号比较匹配值1 signal compare2 : std_logic_vector(0 to 15); --比较匹配值2 signal compare_value2 : unsigned(0 to 15); --无符号比较匹配值2 signal dir1 : std_logic:='1'; --计数器1计数方向标志1为增计数，0为减计数 signal dir2 : std_logic:='1'; --计数器2计数方向标志1为增计数，0为减计数 signal slv_reg0 : std_logic_vector(0 to C_SLV_DWIDTH-1);
基于FPGA的乒乓球游戏机设计.
摘要在现代电子设计领域，微电子技术迅猛发展，无论是系统设计、电路设计，还是芯片设计，其设计的复杂度都在增加，传统的手工设计方法已经不能满足设计者的要求，急需新的设计工具来解决。
EDA技术的迅速发展顺应了时代的发展，使得电子设计自动化技术有了新的、快的发展，其重要程度日益突出。
本文设计了基于FPGA的，用Verilog HDL语言描述的乒乓球游戏机的设计。
它由控制模块、数码管的片选信号模块、送数据模块和7段译码器模块组成，连接形成乒乓球游戏机的顶层电路。
在QuartusⅡ软件上用Verilog HDL语言分别对每个模块进行描述，然后在软件上进行编译、仿真，最终实现乓乓球比赛的基本过程和规则，并能自动裁判和计分，达到设计的要求。
关键词：EDA ；FPGA ；Verilog HDLAbstractIn the field of modern electronic design, the rapid development of microelectronic technology,whether the system design, circuit design and chip design, the design is more complex, the traditional manual design methods have been unable to meet the requirements of designers,in urgent need of new design tools to solve. The rapid development of EDA technology to the development of the times, the electronic design automation technology has been the development of new, fast, its importance is outstanding day by day. This paper is designed based on FPGA, the design of table tennis game is described with Verilog HDL language. It consists of control module, chip select signal module, digital tube to send data module and the 7 segmentdecoder modules, the top-level circuit connected to form a table tennis game. In the Quartus software by Verilog HDL language for each module are described, and then the compiler, simulation in software, realize the basic process and the rules of tabletennis table tennis competition, and can automatically judge and score, to meet the design requirements.Keywords: EDA; FPGA; Verilog HDL第一章引言1.1课题研究的背景随着微电子技术的飞跃发展，无论是系统级设计、电路设计还是芯片设计，它的复杂程度都在不断的增加，而且它的发展速度也越来越快。
fpga乒乓球课程设计
fpga乒乓球课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生理解FPGA的基本原理和功能，掌握FPGA在数字系统设计中的应用。
2. 学生了解乒乓球游戏的规则及算法，能运用FPGA实现乒乓球游戏的简单控制逻辑。
3. 学生掌握Verilog或VHDL等硬件描述语言的基本语法，能够编写简单的硬件程序。
技能目标：1. 学生能够运用FPGA开发板进行基本电路设计和调试。
2. 学生能够分析乒乓球游戏的控制需求，设计并实现相应的硬件逻辑。
3. 学生通过课程实践，提高解决问题的能力和团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对电子设计及FPGA技术的兴趣，激发创新意识。
2. 学生在项目实践中，学会面对挑战，培养克服困难的决心和信心。
3. 学生通过团队合作，学会尊重他人，提高沟通与协作能力。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论教学和动手实践，培养学生运用FPGA技术解决实际问题的能力。
学生特点：学生具备基本的电子电路知识和编程能力，对FPGA有一定了解，具有较强的学习兴趣和动手能力。
教学要求：课程要求学生在理解基本原理的基础上，通过实践操作，完成乒乓球游戏控制逻辑的设计与实现。
教师需关注学生的学习进度，及时解答疑问，引导学生进行团队合作，提高综合能力。
二、教学内容1. FPGA基本原理与结构：介绍FPGA的基本组成、工作原理以及编程模型，使学生理解FPGA的灵活性和应用优势。
相关教材章节：第1章 FPGA概述。
2. 硬件描述语言基础：讲解Verilog或VHDL的基本语法和编程规范，为后续硬件逻辑设计打下基础。
相关教材章节：第2章 硬件描述语言基础。
3. 乒乓球游戏规则及算法：分析乒乓球游戏的规则，探讨实现乒乓球游戏控制逻辑的算法。
相关教材章节：第3章 数字系统设计实例——乒乓球游戏。
4. FPGA设计流程：介绍FPGA设计流程，包括设计输入、综合、布局布线、仿真和下载等环节。
相关教材章节：第4章 FPGA设计流程及工具。
基于FPGA乒乓球比赛游戏机的设计
基于FPGA乒乓球比赛游戏机的设计红芯电子xp.w收集整理可编程逻辑器件FPGA以其开发周期短、成本低、功耗低、可靠性高等优势，广泛应用于通信、航空、医疗等领域，近年来在消费电子领域中的应用也日渐增加。
为进一步挖掘FPGA在家庭娱乐如游戏机开发与应用中的巨大商机，介绍了一款以Altera公司FP-GA芯片为控制核心，附加少量外围电路组成的乒乓球比赛游戏机。
整个系统设计模块划分清晰：包括裁判端、选手端、控制端、显示端及模拟乒乓球台；功能齐全：包括发球权控制、犯规提示、局数比分显示等，模拟实际乒乓球比赛相似程度高。
采用了VHDL语言编程实现，在QuartusⅡ8．1集成环境下进行了模拟仿真，结果表明在设定的比赛规则下，游戏机运行正常，通过进一步优化可将其商品化，推入市场。
1 系统组成乒乓球比赛游戏机的组成如图1所示。
比赛规则约定：五局三胜；11分一局；裁判发出比赛开始信号，触发FPGA内部随机数发生器模块产生首次发球权方；比赛进行中，选手连续两次获得发球权后，发球权交予对方，如未获发球权方发球，裁判端犯规音响电路鸣响；13个LED排列成行模拟乒乓球台；点亮的LED模拟乒乓球，受FPGA控制从左到右或从右到左移动；比赛选手通过按钮输入模拟击球信号，实现LED移位方向的控制；若发亮的LED运动在球台中点至对方终点之间时，对方未能及时按下击球按钮使其向相反方向移动，即失去一分。
2 功能模块设计图1中，基于FPGA设计的控制端为整个系统的核心，其内部主要由简易随机数发生器、发球权控制器、乒乓球位置控制器、甲乙方计分控制器、犯规音响控制器等模块组成。
整个控制端采用模块化设计，先用VHDL语言编写功能模块，然后用顶层原理图将各功能模块连接起来。
设计的难点在于协调各模块工作，严格遵守各信号间时序关系。
本系统采用1 kHz系统时钟。
2．1 简易随机数发生器比赛首次发球权由随机数发生器产生的数据决定，其随机性要求不严，因此，采用非常简单的模式产生，即一旦FPGA上电，系统时钟百分频产生一方波信号square，当裁判闭合开始比赛开关产生start信号上升沿时，读取此时square 信号值作为随机数发生器输出randq。
乒乓球比赛游戏机课程设计报告基于QuartusII FPGA
1.2扩展功能：
（1（ 设置自动计分电路，双方各用二位数码管进行计分显示，每计满11 分为一局。
（2） 一方得分时，电路自动响铃2s，此时发球无效，等铃声停止后方能继续比赛。
二、设计思路及总体方案
2.1设计思路
（1）两人乒乓球游戏机是由发光二极管代替球的运动，并按照一定的规则进 行对垒比赛。甲乙双方击球用开关表示。
3
引言
设计背景
人类社会已进入到高度发达的信息化社会， 信息社会的发展离不开电子产品的进步。 现代电子产品在性能提高、 复杂度增大的同时， 价格却一直呈下降趋势，而且产品更新换代的步伐也越来越快， 实现这种进步的主要原因就是生产制造技术和电子设计技术的发展。前者以微 细加工技术为代表，目前已进展到深亚微米阶段，可以在几平方厘米的芯片上集 成数千万个晶体管；后者的核心就是 EDA 技术。EDA 是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新 成果而研制成的电子 CAD 通用软件包， 主要能辅助进行三方面的设计工作：IC 设计,电子电路设计以及 PCB 设计。没有 EDA 技术的支持，想要完成上述超大规模集成电路的设计制造是不可想象的,但是面 对当今飞速发展的电子产品市场，设计师需要更加实用、快捷的 EDA 工具，使用统一的集体化设计黄精，改变传统的设计思路，将精力集中到设计构 想、方案比较和寻找优化设计等方面，需要以最快的速度，开发出性能优良、质 量一流的电子产品，对 EDA 技术提出了更高的要求。未来的 EDA 技术将在仿真、时序分析、集成电路自动测试、高速印刷版设计及开发操作平台 的扩展等方面取得新的突破， 向着功能强大、 简单易学、使用方便的方向发展
电子技术乒乓球比赛游戏机课程设计
1绪论1.1选题背景1.1.1 课题目的及意义本次课程设计的内容是独立完成一个乒乓球比赛游戏机的设计，采用EWB 电路仿真设计软件完成乒乓球比赛游戏机电路的设计及仿真调试，在微机上仿真实现乒乓球比赛游戏机的设计。
通过这次课程设计让我们了解和熟悉了乒乓球游戏机的原理和Multisim仿真设计软件的操作，也让我们加深了解了对双向移位寄存器、双D触发器及、加法器及逻辑门电路的一些实际用途，并将理论与实践相结合。
1.1.2 课题的内容和要求独立完成一个乒乓球比赛游戏机的设计，采用EWB电路仿真设计软件完成乒乓球比赛游戏机电路的设计及仿真调试，在微机上仿真实现乒乓球比赛游戏机的设计。
课程设计具体内容如下：乒乓球比赛是由甲乙双方参赛，加上裁判的三人游戏（也可以不用裁判），乒乓球比赛模拟机是用发光二极管（LED）模拟乒乓球乒乓球比赛模拟机框图设计要求：1、基本部分(1) 至少用8个LED排成直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中一个点亮的LED（乒乓球）依次从左到右，或从由到左移动，“球”的移动速度能由时钟电路调节。
(2) 当球（被点亮的那只LED）移动到某方的最后一位时，参赛者应该果断按下自己的按扭使“球”转向，即表示启动球拍击中，若行动迟缓或超前，表示未击中或违规，则对方得一分。
(3) 设计自动记分电路，甲乙双方各用一位数码管显示得分，每记满9分为一局。
2、发挥部分(选做)(1) 甲乙双方各设一个发光二极管表示拥有发球权，每得5分自动交换发球权，拥有发球权的一方发球才能有效。
(2) 发球次数能由一位数码管显示。
(3) 一方得分，电路自动响铃3秒，此期间发球无效，等铃声停止后方可比赛。
课题任务要求1、画出总体设计框图，以说明乒乓球比赛游戏机由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输路径、方向和频率变化。
并以文字对原理作辅助说明。
2、设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。
FPGA乒乓球游戏机设计
摘要摘要在电子技术获得了飞速的发展的今天，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
而电子游戏因其携带方便、互动性高、无场地限制等优势，成为了人们休闲时很好的选择。
本设计将采用FPGA对“乒乓球”游戏机进行实现。
FPGA具有功能强、可靠性高、使用方便、体积小及重量轻等优点。
近年来，国内的FPGA技术与产品开发应用方面的发展也很快，各种电子产品已越来越多地采用FPGA控制系统且性价比高。
然后以FPGA为平台，VHDL硬件描述语言编程实现，实验箱验证。
最后在硬件上调试并实现实现“乒乓球”游戏机功能。
关键字：EDA，FPGA，VHDL，游戏机ABSTRACTABSTRACTThe electronic technology has obtained the rapid development in the modern, the electronic products penetrated almost every field of the society, a strong impetus to the development of social productive forces and the social informationization degree is improved, simultaneously also makes the modern electronic products to further improve the performance, product replacement are increasingly fast pace. Electronic games because of its portability, interactive high, no site limitation and other advantages, has become the people leisure time very good choice.This design will use the FPGA on the "ping pong" Electronic game machine. FPGA has the advantages of strong function, high reliability, convenient use, small volume and light weight etc.. In recent years, the development of FPGA technology and product development and application of domestic too soon, all kinds of electronic products have been increasingly adopted in FPGA control system and high cost performance. Then taking FPGA as the platform, VHDL hardware description language programming, verification experiment box. Finally, in the hardware debugging and the realization of "ping pong" game computer function.Key Words:EDA, FPGA, VHDL, Game machine目录第1章引言 (1)1.1 选题背景 (1)1.2 研究设计主要内容 (1)第2章开发工具描述 (3)2.1 EDA基础 (3)2.1.1 EDA技术的发展历程 (3)2.1.2 EDA技术的发展趋势 (5)2.1.3 EDA技术的基本工具 (5)2.2 硬件描述语言—VHDL (6)2.3 Quartus Ⅱ简介 (7)第3章功能实现与设计思路 (10)3.1 功能实现 (10)3.2 设计方案 (10)第4章各模块程序设计 (12)4.1 主控制程序设计 (12)4.1.1 桌台模块程序设计 (12)4.1.2 译码模块程序 (13)4.2 分频器模块设计 (14)4.3 防抖动模块设计 (15)4.4 显示控制和输出模块 (17)第5章系统的整合与仿真 (20)5.1 上层模块设计 (20)5.2 系统的仿真 (21)5.3 引脚分配与器件编程 (24)5.3.1 引脚分配 (24)5.3.2 器件编程 (24)第6章总结 (28)参考文献 (29)致谢 (30)附录 (31)附录一：桌台模块程序 (31)附录二：分频器模块程序 (35)附录三：防抖动模块程序 (36)附录四：显示控制和输出模块程序 (37)附录五：上层模块程序 (39)附录六：译码模块程序 (41)外文资料原文 (43)译文 (53)第1章引言第1章引言1.1选题背景电子技术的飞速发展，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
基于FPGA“乒乓球比赛游戏机”的设计
《电子设计自动化（EDA）技术》课程设计报告题目: 乒乓球比赛游戏机姓名：院系：应用技术学院专业：电子信息工程学号：指导教师：完成时间:2012年06月25日目录1 课程设计题目、内容与要求………………………………1.1 设计内容………………………………………………1.2 具体要求………………………………………………2 系统设计……………………………………………………2.1 设计思路………………………………………………2.2 系统原理（包含：框图等阐述）与设计说明等内容3 系统实现……………………………………………………注：此部分阐述具体实现，包含主要逻辑单元、模块、源代码等内容4 系统仿真……………………………………………………5 硬件验证（操作）说明……………………………………6 总结………………………………………………………7 参考书目…………………………………………………设计时间：16周、17周组员：1课程设计题目、内容与要求1.1课程设计的题目乒乓球比赛游戏机1.2课程设计目的随着科学技术日益迅速的发展，数字系统已经深入到生活的各个方面。
它具有技术效果好，经济效益高，技术先进，造价较低，可靠性高，维修方便等许多优点。
使我们更加熟练掌握数字系统的设计。
对所学的专业知识有能力更好的应用在实践方面。
1.3课程设计要求（1）使用乒乓球游戏机的双方在不同位置发球或击球。
（2）乒乓球的位置和移动方向由灯亮和依次亮的方向决定。
使用者根据球的位置发出相应的动作（3）比赛用21分为一局来进行，双方设置各自的记分牌，任意一方先记满21分就获胜此局。
当记分牌清零后，开始新的一局比赛。
1.4课程设计内容设计一个由甲乙双方参赛，有裁判的三人乒乓球游戏机。
用8个（或更多个）LED排成一条直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中一只点亮的LED指示球的当前位置，点亮的LED依次从左到右，或从右到左，其移动的速度应能调节。
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TIANSHUI NORMAL UNIVERSITY《数字电子技术与逻辑设计》设计报告题目：乒乓球比赛游戏机学院：电子信息与电气工程学院专业：电子信息工程班级： 1 4级电信一班姓名：学号：2016 年 1月 3日目录引言 (3)设计背景 (3)Quartus II的功能简介 (3)一、设计题目及要求： (4)1.1题目：乒乓球比赛游戏机。
(4)1.2扩展功能： (4)二、设计思路及总体方案 (4)2.1设计思路 (4)2.2总体思路描述如下： (5)三、单元电路设计 (6)3.1球台电路的设计 (6)3.2 计分电路的设计 (8)3.3 响铃电路设计 (10)3.4译码显示的设计 (11)3.5裁判规则的设计 (12)3.6时钟电路 (13)3.7总体电路如图15所示 (14)3.8 电路设计的引脚设置图 (14)四、各个模块的时序仿真以及系统时序仿真、分析 (15)4.1 球台驱动控制模块仿真波形图 (15)4.2计分模块仿真波形图 (15)4.3响铃模块仿真波形图 (16)4.4裁判模块仿真波形图 (16)五、总结 (17)5.1设计心得 (17)5.2 本设计有以下几个可以改进的地方 (18)参考文献 (18)附录 (18)Verilog 语言封装的模块程序如下 (18)50MHZ分频到4MHZ Verilog程序 (18)数码管位码选择Verilog程序 (19)数码管断码选择Verilog程序 (19)致谢 (20)引言设计背景人类社会已进入到高度发达的信息化社会，信息社会的发展离不开电子产品的进步。
现代电子产品在性能提高、复杂度增大的同时，价格却一直呈下降趋势，而且产品更新换代的步伐也越来越快，实现这种进步的主要原因就是生产制造技术和电子设计技术的发展。
前者以微细加工技术为代表，目前已进展到深亚微米阶段，可以在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体管；后者的核心就是 EDA 技术。
EDA是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子 CAD 通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作：IC 设计,电子电路设计以及 PCB 设计。
没有 EDA技术的支持，想要完成上述超大规模集成电路的设计制造是不可想象的,但是面对当今飞速发展的电子产品市场，设计师需要更加实用、快捷的 EDA工具，使用统一的集体化设计黄精，改变传统的设计思路，将精力集中到设计构想、方案比较和寻找优化设计等方面，需要以最快的速度，开发出性能优良、质量一流的电子产品，对 EDA 技术提出了更高的要求。
未来的 EDA技术将在仿真、时序分析、集成电路自动测试、高速印刷版设计及开发操作平台的扩展等方面取得新的突破，向着功能强大、简单易学、使用方便的方向发展Quartus II的功能简介QuartusII提供了完全集成且与电路结构无关的开发包环境，具有数字逻辑设计的全部特性，包括：可利用原理图、结构框图、VerilogHDL、AHDL和VHDL完成电路描述，并将其保存为设计实体文件；芯片（电路）平面布局连线编辑；LogicLock增量设计方法，用户可建立并优化系统，然后添加对原始系统的性能影响较小或无影响的后续模块；功能强大的逻辑综合工具；完备的电路功能仿真与时序逻辑仿真工具；定时/时序分析与关键路径延时分析；可使用SignalTap II逻辑分析工具进行嵌入式的逻辑分析；支持软件源文件的添加和创建，并将它们链接起来生成编程文件；使用组合编译方式可一次完成整体设计流程；自动定位编译错误；高效的期间编程与验证工具；可读入标准的EDIF网表文件、VHDL网表文件和Verilog网表文件；能生成第三方EDA软件使用的VHDL网表文件和Verilog网表文件。
一、设计题目及要求：1.1题目：乒乓球比赛游戏机。
要求：（1）设计一个由甲、乙双方参赛，裁判参与的乒乓球比赛游戏模拟机。
（2）用八只排成长串的指示灯（发光二极管）来代表球的轨迹，其中一个亮的指示灯用来显示球的当前位置，指示灯依次从左向右，或从右向左移动，一般为1 s转换一次。
（3）用两个按钮开关作为球拍，甲乙两人参加比赛。
当球到达甲方时，应立即按动开关(电路应只能响应按钮信号的前沿，若重复按动或持续按下去，将不起作用)，表示回球，球到达乙时，同样也应立即按动乙方的开关，将球回击到对方去。
若击中，则乒乓球向相反方向移动，若未击中，则对方得一分。
1.2扩展功能：（1（设置自动计分电路，双方各用二位数码管进行计分显示，每计满11分为一局。
（2）一方得分时，电路自动响铃2s，此时发球无效，等铃声停止后方能继续比赛。
二、设计思路及总体方案2.1设计思路（1）两人乒乓球游戏机是由发光二极管代替球的运动，并按照一定的规则进行对垒比赛。
甲乙双方击球用开关表示。
（2）当甲乙按动开关时，球向前运动，当球运动到对方位置时，参赛者应立即按下自己一方的按钮，即表示击球。
若未击中则表示对方得分，一方得分时，电路自动响铃2s，此时发球无效，等铃声停止后方能继续比赛。
（3（利用计数器连接成十二进制计数器，计满11分一局结束。
图1：乒乓球比赛游戏结构框图如上图1所示，该电路主要由时钟信号源、按键电路、球台驱动控制电路，计数器，显示译码器和LED数码管等组成。
途中标出的各种信号的含义分别为：CLK 表示球台驱动电路和计数器的时钟信号；S表示灯（乒乓球）移动的信号；LED表示发光二极管驱动信号，由LED1~LED8组成;CLK1K表示响铃脉冲。
2.2总体思路描述如下：1.用两个74LS194四位双向移位寄存器来模拟乒乓球台，其中第一个74LS19 4的DL输出端QD接第二个的右移串行输入端SR，这样当乒乓球往右准备移出第一个寄存器的时候就会在时钟脉冲的作用下被移入第二个寄存器。
同样道理，第二个74LS194的AR输出端接第一个的左移串行输入端。
2.用十二进制计数器74LS161、逻辑门电路和集成的4管脚的数码管组成计分电路。
三、单元电路设计3.1球台电路的设计球台电路设计用74LS194设计，74LS194是具有串行、并行输入，串行、并行输出及双向移位功能的寄存器，其逻辑符号如图2所示，其引脚：SLSI和SRSI分别是左移和右移串行数据输入端；A、B、C、D是并行数据输入端，QA和QD分别是左移和右移串行输入端，QA、QB、QC和DQ为并行输出端。
如图2可以将多片双向移位寄存器74LS194级联，扩展移位寄存器的数据位数。
图3是利用双向移位寄存器74LS194扩展成一个8位移位寄存器的应用电路图。
图中，左片移位寄存器输入高位数据A,输入低位数据B、C、D，其SRSI接受串行输入的右移数据，D接至右片的SRSI,实现低位数据向高位右移。
右边移位寄存器输入高位数据D，输入低位数据A、B、C，SLSI接受串行输入的左移数据，QA接至左片的SL SI，以实现高位数据向低位左移。
于是构成8位移位寄存器。
可以通过图3所示电路测试74LS194的功能图3寄存器测试电路球台驱动控制电路如图4所示图4 球台驱动控制电路上图中，两片4位74LS194双向移位寄存器接成8位双向移位寄存器。
图5 球台模块74LS194功能表如表1所示：表1 74LS194功能表输入输出清0 CLRN控制S1 S0串行输入SLSI SRSI时钟CLK并行输出A B C DQA QB QC QD工作模式0 1 1 1 1 1 1X X00010110101 1X XX XX 1X 01 X0 XX XXX↑↑↑↑↑X X X XX X X XX X X XX X X XX X X XX X X XA B C D0 0 0 0QA QB QC QD1 QA QB QC0QA QB QCQB QC QD 1QB QC QD 0A B C D异步清0保持右移,SRSI串行输入，QA串行输出左移，SLSI串行输入，QD串行输出并行置数功能说明：(1)当S1 = S0 =1 时，不管各输入端原来是什么状态，在下一个时脉冲到来时，其输出分别是预先输入到并行输入端的 ABCD ，这种方式叫送数。
(2)当S 1 =0 ，S 0 =1 时，其工作方式叫右移，这时，每来一个时钟脉冲，输出端的数各向右移一位，而Q A 端的输出则由加到 SR 端的数来补充。
(3)当S 1 =1 ，S 0 =0 时，其工作方式叫左移，情况正好与右移相反；Q D 端的输出由加到 SL 端的数来补充。
3.2 计分电路的设计计分电路用74LS161设计，74LS161是具有同步加载和异步清0功能的4位二进制加法计数器。
由表2可知，74LS161采用异步清0、同步置数的方式，利用这些功能可以构成小于十六的任意进制加法计数器。
这可以采用两种方法来实现，即反馈清0法和反馈置数法。
前者是通过计数进位信号控制其清0端来实现的；后者则是通过计数进位信号控制其置数端，将常数加载于计数器中作为计数初值来实现的。
计分电路用74LS161构成十二进制加法计数器——反馈置数法：反馈置数法适用于有置数端的集成计数器。
利用74LS161构成十二进制加法计数器时，反馈置数法的优势是，可选择其16个计数状态0000~1111中的任意连续的12个状态作为十二进制加法计数器的计数状态，如选择0000~1011或0100~1111.计分电路中选择计数状态是0000~1011，则计数状态的转换情况与反馈请0法相同，只是当计数到1011后，一方面输出一个进位信号；另一方面，将这个进位信号作为计数器的加载允许信号LDN，将0000从并行数据入口加载到计数器中作为下一个计数循环的初值。
这种方案的电路如图4所示。
计分电路的设计如下图6所示：图6 计分电路图7 计分模块如图6所示，计分电路由一个十二进制的74LS161计数器和逻辑门构成。
图7为两个计数器组成的计分模块表2 74161功能表清0置数使能时钟预置数据输出CLR LD ENP CL D C B A QD QC QB QA工作模式N N ENT K 01111X 0111X X X X 0 X X 01 1X↑X X ↑X X X X d3 d2 d1 d0X X X X X X X X X X X X0 0 0 0d3 d2 d1 d0保持保持计数异步清0同步置数数据保持数据保持加法计数计分电路有一个按键开关控制清零3.3 响铃电路设计响铃电路的设计图如图8所示：图8 响铃电路如上图所示，响铃电路有响铃频率和逻辑门构成，一方得分时，电路自动响铃2s 。
如图9为响铃模块图9 响铃模块3.4译码显示的设计此电路由两部分电路构成分别为译码电路和数码管显示电路构成，译码电路由74LS175，74LS138和逻辑门组成。