基于FPGA的乒乓球游戏机设计

基于FPGA的乒乓球游戏

机设计

目录

内容摘要 (1)

关键词 (1)

Abstract. (1)

Key words (1)

1引言 (2)

2 开发工具简介 (2)

2.1硬件描述语言—VHDL概述 (3)

2.1.1VHDL语言的特点 (3)

2.1.2基于VHDL的自顶向下设计 (4)

2.2 Quartus II开发软件概述 (5)

2.3本章小结 (6)

3基于FPGA的乒乓球游戏机设计与实现 (6)

3.1总体设计 (6)

3.2电路总原理图 (7)

3.3时钟分频设计 (9)

3.4状态机设计 (9)

3.4.1状态机的7种状态及状态转移 (9)

3.4.2状态机/球台控制程序 (10)

3.5记分牌显示电路设计 (13)

3.6按键消抖、乒乓球路径显示电路设计 (14)

3.7顶层实体的描述 (15)

3.8本章小结 (16)

4系统的调试、仿真、下载、测试 (16)

4.1 调试FPGA (16)

4.2系统的编译、仿真 (16)

4.2.1系统编译 (16)

4.2.2系统仿真 (18)

4.3系统的适配、编程下载 (19)

4.4本章小结 (21)

5结论 (21)

参考文献 (22)

致谢 (23)

附件1：硬件实物图 (24)

附件2：程序清单 (25)

内容摘要：随着电子设计自动化技术的不断发展和应用领域的扩大与深入，EDA技术在电子信息、通信、自动控制及计算机应用领域的重要性日益突出。本文设计了基于FPGA的乒乓球游戏机设计。用VHDL语言编程, VHDL是甚高速集成电路硬件描述语言。目前，VHDL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，具有很好的实用性。本文详细的简述了乒乓球游戏机的工作原理，此乒乓球游戏机由状态机、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VHDL程序，在QuartusⅡ软件上进行编译、仿真,最终在Altera公司的EP开发板上成功实现下载和调试。经过仿真和验证的结果表明，实现乒乓游戏机的基本功能，结果达到了设计的要求。

关键词：FPGA VHDL 乒乓游戏机状态机

Abstract：As electronic design automation technology continues to develop and expand the field of application, EDA technology in electronic information, communication, increasing the importance of the field of automatic control and computer applications. This design of the table tennis game design based on FPGA . Programming in VHDL language, VHDL is the very high speed integrated circuit hardware description language . At present, the VHDL design automation tool widely used by many standardized hardware description language. VHDL language feature is strong, wide coverage, high flexibility, good practicality. This article gave a detailed summary of table tennis video game works, the table tennis game by the state machine, a device, decoding machine parts such as monitor and press the key to shaking up. The sections written by VHDL program, compiled in the Quartus II software, simulation, final EP of Altera Corporation successfully downloaded and debugged on the Development Board. After simulation and verification of the results shows that achieving basic functionality of ping pong game, the result meets the design requirements.

Key words:FPGA VHDL Table tennis game machine State machine

1引言

EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术是现代电子工程领域的一门新技术。它提供了基于计算机和信息技术的电路系统设计方法。EDA技术的发张和推广应用极大地推动了电子工业的发展。随着社会的进步和工业技术的发展，在电子线路设计领域中，设计自动化工具已经逐步为设计者所接受，成为主要的设计手段。目前，VHDL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，掌握VHDL语言，用VHDL语言设计电子线路，是电子线路设计者必须掌握的基本技能。VHDL支持数字电路的开发环境，VHDL也支持各种设计方法：自顶向下、自底向上或混合的方法[1]。VHDL语言功能性强，覆盖面大，灵活性高，具有很好的实用性[2]。20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，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。而休闲时间越来越少的人们越来越没太多的时间出去搞户外活动，于是众多电子游戏相应而出，成为大家的娱乐节目。因此设计出了关于两人的乒乓球游戏。

乒乓游戏机是由9个发光二极管代表乒乓球台，中间的3个发光二极管兼作球网，用点亮的发光二极管按一定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，甲乙二人按乒乓球比赛规则来操作开关。此设计由译码显示器、记分器、状态机/球台控制器与按键去抖等部分组成。设计总体要求：乒乓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。其主要任务和要求如下：

(1) 使用乒乓球的甲乙双方在不同的位置发球或击球。

(2) 乒乓球的位置和移动方向由灯亮及依次点亮的方向决定。球速为0.5s-1s移动1位。球过网，接球方向可击球，提前击球或没击球均判失分。

(3) 比赛按11分为一局，甲乙双方应设置记分牌，任何一方先记满11分，为胜出，按RESET复位重新开局。

(4) 基于VHDL的乒乓球程序设计及软件编译与调试、仿真。

2 开发工具简介

EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20