基于FPGA的乒乓球游戏机控制器设计

辽宁科技学院本科生毕业设计(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；乒乓游戏机辽宁科技学院本科生毕业设计(论文)第II页AbstractVERILOGishighspeedIChardwaredescribelanguage.VERILOGalreadybecomesthelanguageofnormalizinghardwaredescribethatalotofdesignautomationimplementadoptscommonlyatpresent.TheVERILOGlanguagefunctionisstrong.Thefacecoveringisbroad,flexibilityhighandhavetheverygoodpragmatism.OnemainbodyofthebookisdesignedwaitsforwhatpartgroupisaccomplishedowingtothatVERILOGtabletennisgamemachine,tabletennisgamemachinegototremblefromstatemachine,marker,decodingdisplayandbutton.BycompilingandcomposingVERILOGproceduretoeverypart,thencompiling,simulate,logicsynthesis,logicfitting.Carryoutprogrammingtimebeloadedwithfinally.ThenverificationandbyGW48typeEDAexperimentbox,realizetabletennisgamemachine’sfundamentalfunction.Keywords:VERILOG：EDA;Tabletennisgamemachine辽宁科技学院本科生毕业设计(论文)第III页目录1绪论..............................................................11.1课题的背景和意义...........................................11.2国内外研究现状.............................................11.3本论文的主要内容...........................................22QuartusII与Modelsim软件简介....................................32.1QuartusII简介.............................................32.2Modelsim简介...............................................43方案选择与系统总体设计............................................63.1整体方案的选择.............................................63.1.1设计任务与要求.......................................63.1.2设计的原理和方法.....................................73.1.3芯片的选择...........................................83.2系统总体设计...............................................83.2.1乒乓游戏机的组成示意图...............................83.2.2本系统的逻辑分框图...................................94系统各部分电路的详细设计.........................................104.1七段数码管显示译码电路....................................104.2按键去抖电路..............................................114.3状态机设计................................................114.3.1状态机的6种状态及状态转移..........................114.3.2状态机/球台控制电路.................................13辽宁科技学院本科生毕业设计(论文)第IV页4.4记分器设计................................................155系统的整体综合与仿真.............................................165.1顶层文件设计..............................................165.2系统程序框图：............................................175.3整个系统的综合与仿真......................................185.3.1电路符号...........................................185.3.2系统仿真...........................................186系统的运行与仿真过程.............................................206.1系统程序的编译............................................206.2系统的仿真................................................22结论...............................................................24谢辞..............................................................25参考文献...........................................................26附录...............................................................27辽宁科技学院本科生毕业设计(论文)第1页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。日常娱乐生活中，智能化的娱乐产品非常流行。FPGA具有功能强、可靠性高、使用方便、体积小及重量轻等优点。国外已广泛应用于自动化控制的各个领域。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。本文从实用的角度以Altera公司的EP2C35F484I8芯片为核心设计了一种智能“乒乓球”游戏机。实践证明，该游戏机运行状况稳定、可靠，满足了智能化要求。1.2国内外研究现状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，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，掌握VERILOG语言，用VERILOG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。VERILOG支持数字电路的开发环境，VERILOG也支持各种设计方法：自顶向下、自底向上或混合的方法[1]。VERILOG语言功能性强，覆盖面大，灵活性高，具有很好的实用性[2]。本文设计一个基于VERILOG的乒乓游戏机，乒乓游戏机是由5个发光二极管代表乒乓球台，中间的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。本设计由译码显示器、记分器、状态机/球台控制器与按键去抖等部辽宁科技学院本科生毕业设计(论文)第2页分组成。本设计是用实验箱进行模拟乒乓机，用发光二极管代表乒乓球台，最中间的发光二极管作球网，用点亮的发光二极管按一定方向移动来表示球的运动，用按钮设置发球和接球开关。1.3本论文的主要内容本论文的主要内容是设计一个基于FPGA的“乒乓球”游戏机，在广泛收集相关资料的基础上，对“乒乓球”游戏机进行了深入的研究，利用现场可编程门阵列FPGA完成本次设计。整个系统以ALtera公司的EP2C35芯片为核心，采用verilogHDL语言进行开发，配置了相应的输入、信号处理及显示电路，并进行仿真及验证。本论文各章的内容如下：第一章介绍了“乒乓球”游戏机设计的背景及意义，并简单的的阐述了目前国内外在这方面的发展现状。第二章介绍了QuartusII软件以及Modelsim软件的使用和特点。第三章介绍了对于系统的整体设计以及相关的设计任务和设计要求，并简单的分析了整个系统的设计流程和方法。第四章主要是介绍在整个“乒乓球”游戏机系统中各个模块的工作原理及过程。第五章主要是对系统进行原理图的设计和对整个系统的仿真。第六章主要是对整个的设计过程和仿真的的过程做一个简单的描述。辽宁科技学院本科生毕业设计(论文)第3页2QuartusII与Modelsim软件简介2.1QuartusII简介QuartusII是Altera公司的综合性PLD开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（AlteraHardwareDescriptionLanguage）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。QuartusII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。QuartusII支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模块库，使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。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方EDA工具。此外，QuartusII通过和DSPBuilder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。MaxplusII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Maxp