篮球计分器FPGA附程序讲课教案

篮球计分器F P G A附程序单片机接口实验篮球计分器的设计姓名: 苗茂宇班级: 14级12班学号: 1408202007 导师: 党选举专业: 控制科学与工程成绩评定目录摘要 (1)Abstract (1)1. FPGA及系统设计概述 (2)1.1. EDA简介 (2)1.1.1. EDA定义 (2)1.1.2. EDA发展概述 (2)1.1.3. HDL概述 (3)1.1.4. 总结 (4)1.2. FPGA简介 (4)1.2.1. FPGA概述 (4)1.2.2. FPGA原理 (5)1.3. LCD1602 (6)1.4. 产品现状及发展 (7)1.5. 总体设计要求 (8)1.5.1. 设计流程 (8)1.5.2. 设计要求 (8)1.6. 本章小结 (8)2. 实验方案设计 (9)2.1. 分频模块 (9)2.2. 计时模块 (10)2.3. 24秒计时模块 (12)2.4. 计分模块 (14)2.5. lcd驱动模块 (15)2.6. 本章小结 (22)3. 实验结论 (22)4. 结束语 (23)参考文献 (24)附录 1 (25)摘要FPGA(现场可编程逻辑器件)以其体积小、功耗低、稳定性高等优点被广泛应用于各类电子产品的设计中。

FPGA是基于硬件可编程的器件，设计者需要掌握硬件描述语言，Verilog HDL就是一种硬件描述语言。

Verilog HDL语言是在C语言的基础上发展而来的，语法结构上与C语言有很多相似之处，继承了C语言的语法结构，但是其与C语言有着本质上的区别。

本设计是基于FPGA 的篮球计时计分系统的设计，结合篮球比赛的实际过程，对系统进行了模块化设计，最终组合调试。

硬件实验表明本系统计时计分准确，实时性好，能够很好的反应比赛进度，此次设计达到了设计预期。

关键词：FPGA；Verilog HDL；计时计分；模块化AbstractFPGA (field programmable logic device) with its small size, low power consumption, high stability has been widely used in various types of electronic products design. FPGA is a programmable device based on hardware, designers need to master the hardware description language, Verilog HDL is a hardware description language. Verilog HDL language is developed on the basis of C language, grammar structure and C language have many similarities, inherited the grammar structure of C language and C language, but there's a difference between. This design is the design of FPGA basketball timing and scoring system based on the actual process, combined with the game of basketball, the system of modular design, the final assembly debugging. Hardware experiments show that the system timing accuracy, good real-time performance, can very good response competition schedule, the design achieves the expected design.Keywords: FPGA;Verilog HDL ; timing and scoring; modular1.FPGA及系统设计概述1.1.EDA简介1.1.1.EDA定义EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写。

由于它是一门刚刚发展起来的新技术，涉及面广，内容丰富，理解各异，所以目前尚无一个确切的定义。

但从EDA技术的几个主要方面的内容来看，可以理解为：EDA 技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的一门新技术。

可以实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑仿真。

完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。

1.1.2.EDA发展概述EDA技术是伴随着计算机、集成电路、电子系统的设计发展起来的，至今已有30多年的历程。

大致可以分为三个发展阶段。

20世纪70年代的CAD(计算机辅助设计)阶段：这一阶段的主要特征是利用计算机辅助进行电路原理图编辑，使得设计师从传统高度重复繁杂的绘图劳动中解脱出来。

20世纪80年代的计算机辅助工程设计阶段：这一阶段的主要特征是以逻辑摸拟、定时分析、故障仿真为核心，重点解决电路设计的功能检测等问题，使设计而能在产品制作之前预知产品的功能与性能。

20世纪90年代是EDA(电子设计自动化)阶段：这一阶段的主要特征是以高级描述语言，系统级仿真和综合技术为特点，采用“自顶向下”的设计理念，将设计前期的许多高层次设计由EDA工具来完成。

EDA是电子技术设计自动化，也就是能够帮助人们设计电子电路或系统的软件工具。

该工具可以在电子产品的各个设计阶段发挥作用，使设计更复杂的电路和系统成为可能。

在原理图设计阶段，可以使用EDA中的仿真工具论证设计的正确性;在芯片设计阶段，可以使用EDA中的芯片设计工具设计制作芯片的版图：在电路板设计阶段，可以使用EDA中电路板设计工具设计多层电路板。

特别是支持硬件描述语言的EDA工具的出现，使复杂数字系统设计自动化成为可能，只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正确，就可以进行该数字系统的芯片设计与制造。

有专家认为，21世纪将是四A技术的高速发展期，EDA技术将是对21世纪产生重大影响的十大技术之一。

1.1.3.HDL概述硬件描述语言(HDL)是一种用于进行电子系统硬件设计的计算机高级语言，它采用软件的设计方法来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。

硬件描述语言可以在三个层次上进行电路描述，其层次由高到低分为行为级和R，几级和门电路级。

常用硬件描述语言有HDL、Verilog和AHDL语言。

HDL语言是一种高级描述语言，适用于行为级和R，几级的描述；Verilog语言和AHDL语言属于一种较低级的描述语言，适用于R，几级和门电路级的描述。

现在HDL和Verilog作为工业标准硬件描述语言，已得到众多EDA公司的支持，在电子工程领域，它们已成为事实上的通用硬件描述语言，承担几乎全部的数字系统的设计任务。

应用HDL进行电子系统设计有以下优点：(1)与其他硬件描述语言相比， HDL具有更强的行为描述能力，强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。

(2) HDL具有丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能检查设计系统的功能可行性，并可以随时对系统进行仿真。

(3)用VHDL完成的设计，可以利用EDA工具进行逻辑综合和优化，并可根据不同的目标芯片自动把VHDL描述设计转变成门级网表，这种设计方式极大地减少了电路设计的时间及可能发生的错误，从而降低了开发成本。

(4)VHDL对设计的描述具有相对独立性，可以在设计者不懂硬件结构的情况下，也不必管最终设计的目标器件是什么，而进行独立的设计。

(5)由于VHDL具有类属描述语句和子程序调用等功能，所以对于已完成的设计，可以在不改变源程序的情况厂，只需改变类属参量或函数，就能很容易地改变及计的规模和结构。

1.1.4.总结电子EDA技术发展迅猛，逐渐在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。

在教学方面：几乎所有理工科(特别是电子信息)类的高校都开设了EDA课程。

主要是让学生了解EDA的基本原理和基本概念、VHDL 描述系统逻辑的方法、使用EDA工具进行电子电路课程的模拟仿真实验并在作毕业设计时从事简单电子系统的设计，为今后工作打下基础。

具有代表性的是全国每两年举办一次大学生电子设计竞赛活动。

在科研方面：主要利用电路仿真工具(EWB或PSPICE、VLOL等)进行电路设计与仿真;利用虚拟仪器进行产品调试;将CPLD/FPGA器件的开发应用到仪器设备中。

例如在CDMA无线通信系统中，所有移动手机和无线基站都工作在相同的频谱，为区别不同的呼叫，每个手机有一个唯一的码序列，CDMA基站必须能判别这些不同观点的码序列才能分辨出不同的传呼进程;这一判别是通过匹配滤波器的输出显示在输人数据流中探测到特定的码序列;FPGA能提供良好的滤波器设计，而且能完成DSP高级数据处理功能，因而FPGA在现代通信领域方面获得广泛应用。

在产品设计与制造方面：从高性能的微处理器、数字信号处理器一直到彩电、音响和电子玩具电路等，EDA技术不单是应用于前期的计算机模拟仿真、产品调试，而且也在电子设备的研制与生产、电路板的焊接过程中有重要作用。

可以说电子EDA技术已经成为电子工业领域不可缺少的技术支持。

1.2.FPGA简介1.2.1.FPGA概述FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，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。

FPGA（现场可编程门阵列）是专用集成电路（ASIC）中集成度最高的一种，用户可对FPGA 内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻辑，因而也被用于对CPU的模拟。

用户对FPGA的编程数据放在Flash芯片中，通过上电加载到FPGA中，对其进行初始化。

也可在线对其编程，实现系统在线重构，这一特性可以构建一个根据计算任务不同而实时定制的CPU，这是当今研究的热门领域。