CPLD乒乓球模擬—EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告下載

ID:202486 · 發(fā)表于 2017-5-19 11:57

前言

EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation）的縮寫，在20世紀(jì)90年代初從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測試（CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來的。EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言VHDL完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，

直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)在進(jìn)入21世紀(jì)后，得到了更大的發(fā)展，突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）使電子設(shè)計(jì)成果以自主知識產(chǎn)權(quán)（IP）的方式得以明確表達(dá)和確認(rèn)成為可能。
（2）在仿真驗(yàn)證和設(shè)計(jì)兩方面都支持標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言的功能強(qiáng)大的EDA軟件不斷推出。
（3）電子技術(shù)全方位進(jìn)入EDA時(shí)代。除了日益成熟的數(shù)字技術(shù)外，傳統(tǒng)的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)建模理念發(fā)生了重大的變化：軟件無線電技術(shù)的崛起，模擬電路系統(tǒng)硬件描述語言的表達(dá)和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)可編程模擬器件的出現(xiàn)，軟硬件技術(shù)，軟硬件功能及其結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步融合等。

一、課程設(shè)計(jì)目的

本課程設(shè)計(jì)是在《CPLD技術(shù)及應(yīng)用》課程的基礎(chǔ)上，通過軟件編程及仿真調(diào)試的實(shí)踐，進(jìn)一步掌握使用Verilog HDL語言描述數(shù)字電路的原理和應(yīng)用方法，是畢業(yè)設(shè)計(jì)前的一次重要實(shí)踐，為今后從事EDA設(shè)計(jì)相關(guān)工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。

二、設(shè)計(jì)題目及要求

2.1 設(shè)計(jì)題目：

乒乓球游戲機(jī)數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2 功能實(shí)現(xiàn)：

運(yùn)用狀態(tài)機(jī)技術(shù)完成一個(gè)乒乓球游戲機(jī)的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將游戲雙方的得分通過兩個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

乒乓球游戲規(guī)則：

（1）乒乓球游戲雙方各使用1個(gè)按鍵為“球拍”，開發(fā)板的8個(gè)LED用于指示乒乓球移動(dòng)軌跡，點(diǎn)亮的那個(gè)LED為當(dāng)前乒乓球所在位置。

（2）發(fā)球方按下按鍵表示發(fā)球，LED燈按一定的時(shí)間間隔，依次向?qū)Ψ揭苿?dòng)。當(dāng)LED亮到離對方最近的一個(gè)，之后的時(shí)間間隔內(nèi)，對方按下按鍵表示成功接球，接球后LED向?qū)Ψ揭苿?dòng)；否則，表示對方輸球。

（3）接球時(shí)，LED沒有亮到最近的一個(gè)時(shí)就按下按鍵，視為犯規(guī)，對方加1分。

（4）用兩個(gè)數(shù)碼管分別表示雙方得分，最先到9分者勝出。

1.001.jpg

2.3 設(shè)計(jì)要求：

理解和熟練使用Quartus II軟件、狀態(tài)機(jī)、頂層文件和例化語句，用Quartus II完成編程和調(diào)試，下載到開發(fā)板中實(shí)現(xiàn)設(shè)定的功能，并完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。

1.LED移動(dòng)間隔為1s。

2.數(shù)碼管DP1和DP2用于顯示雙方比分。

三、設(shè)計(jì)原理說明

3.1 顯示模塊

使用數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片CH452來驅(qū)動(dòng)各數(shù)碼管顯示，兩個(gè)數(shù)碼管顯示乒乓球游戲雙方的比分。

3.2 乒乓游戲模塊

乒乓球游戲雙方各使用1個(gè)按鍵為“球拍”，開發(fā)板的8個(gè)LED用于指示乒乓球移動(dòng)軌跡，點(diǎn)亮的那個(gè)LED為當(dāng)前乒乓球所在位置。發(fā)球方按下按鍵表示發(fā)球，LED燈按一定的時(shí)間間隔，依次向?qū)Ψ揭苿?dòng)。當(dāng)LED亮到離對方最近的一個(gè)，之后的時(shí)間間隔內(nèi)，對方按下按鍵表示成功接球，接球后LED向?qū)Ψ揭苿?dòng)；否則，表示對方輸球。

3.3 按鍵模塊

用兩個(gè)按鍵分別表示乒乓球游戲雙方的“球拍”，用一個(gè)按鍵作為系統(tǒng)的復(fù)位信號。

3.4 設(shè)計(jì)方案

整個(gè)設(shè)計(jì)方案可以分成時(shí)鐘分頻、乒乓球游戲機(jī)、顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)碼管顯示控制和頂層模塊等5大模塊。

時(shí)鐘分頻：產(chǎn)生100Khz的輸出時(shí)鐘，為其他4個(gè)模塊提供時(shí)鐘。

乒乓球游戲機(jī)：完成乒乓球游戲設(shè)計(jì)，并將雙方得分輸出給顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊。

顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：接收來自乒乓球游戲機(jī)模塊和時(shí)間數(shù)據(jù)讀取模塊的得分和時(shí)間數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管顯示地址和數(shù)據(jù)。

數(shù)碼管顯示控制：接收顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)，并送到各數(shù)碼管顯示。

頂層模塊：連接各個(gè)模塊。

四、軟件設(shè)計(jì)

（含狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、帶注釋的程序清單）

1.乒乓球游戲機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換：

S0：復(fù)位狀態(tài)，判斷發(fā)球權(quán)。如果左右鍵同時(shí)為0或1→S0，如果左鍵為1→S1，如果右鍵為1→S4。

S1：左方發(fā)球或成功接球;

S2：球從左方向右方右移；移動(dòng)過程中，如果右方接球就給左方加一分，并將球權(quán)給左方;

S3：判斷右方是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)內(nèi)接球；

S4：右方發(fā)球或成功接球;

S5：球從右方向左方左移；移動(dòng)過程中，如果左方接球就給右方加一分，并將球權(quán)給右方;

S6：判斷左方是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)接球;

2.各模塊程序設(shè)計(jì)

（1）時(shí)鐘分頻模塊

module clk_div(clk_in, clk_out);
input clk_in;
output clk_out;
reg [25:0] cnter;
reg clk_out;
parameter m=500;
always @(posedge clk_in)
begin
if(cnter == m)
begin
clk_out<=1;
cnter<=0;
end
else
begin
clk_out<=0;
cnter<=cnter+1;
end
end
endmodule

復(fù)制代碼

//產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號，作為其他語句模塊的時(shí)鐘輸入。

乒乓球游戲機(jī)模塊

[color=rgb(0, 0, 0)]module pingpang(clk,rst,cycle,keyL,keyR,leds,score);
//rst異步復(fù)位, keyL和keyR是比賽雙方按鍵
//leds是一排8個(gè)發(fā)光二極管代表乒乓球運(yùn)動(dòng)軌跡
//score是得分的分?jǐn)?shù)
input clk,rst,cycle;
input keyL,keyR;
output leds;
output [7:0] score;
reg [7:0] leds;
reg [3:0] scoreL,scoreR;
reg [2:0] state;
reg clk_out;
reg [16:0] cnter;
wire [3:0] D_ADDR;
wire [7:0] D_DATA;
wire [7:0] score = {scoreL,scoreR};
parameter m=100_000;
parameter s0=3'b000,//復(fù)位狀態(tài)，也是判斷發(fā)球權(quán)的狀態(tài);
s1=3'b001,//左方發(fā)球或成功接球;
s2=3'b010,//球從左方向右方右移,若此時(shí)右方接球就給左方加一分，并將球權(quán)給左方;
s3=3'b011,//判斷右方是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)內(nèi)接球
s4=3'b100,//右方發(fā)球或成功接球;
s5=3'b101,//球從右方向左方左移；移動(dòng)過程中，如果左方接球就給右方加一分，并將球權(quán)給右方;
s6=3'b110;//判斷左方是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)接球;
//游戲邏輯控制
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
begin
clk_out<=0;
cnter<=0;
end
else
begin
if(cnter == m)
begin
clk_out<=1;
cnter<=0;
end
else
begin
clk_out<=0;
cnter<=cnter+1;
end
end
end
//產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖clk_out給下面的語句塊作為時(shí)鐘輸入使用。
always @(posedge clk_out or negedge rst )
begin
if(!rst)
begin
state<=s0;
leds<=8'b00000000;
scoreL<=4'b0000;
scoreR<=4'b0000;
end//當(dāng)rst為0時(shí)，使各個(gè)變量成為原始狀態(tài)。
else
begin
case(state)
s0: begin
leds<=8'b00000000;//使LED燈處于全滅狀態(tài)。
scoreL<=4'b0000;
scoreR<=4'b0000;//給左右雙方的分?jǐn)?shù)復(fù)位;
if(keyL)
begin
state<=s1;//如果左方獲得發(fā)球權(quán)，則跳轉(zhuǎn)到s1狀態(tài)。
end
else if(keyR)
state<=s4;//如果右方獲得發(fā)球權(quán)，則跳轉(zhuǎn)到s4狀態(tài)。
end
s1: begin
if(keyL)
begin
if(leds==8'b00000000)
leds<=8'b10000000;//如果左方發(fā)球或成功接球，點(diǎn)亮的燈出現(xiàn)在最左邊。
state<=s2;//跳轉(zhuǎn)到s2狀態(tài)。
end
else if(keyR)
begin
state<=s1;//在這個(gè)過程中，如果右方擊球，則LED燈閃爍，表示發(fā)生錯(cuò)誤，狀態(tài)一直重復(fù)在s1。
end
end
s2: begin
if(leds==8'b00000001)//判斷LED燈是否向右移動(dòng)到最后一個(gè)燈亮。
begin
leds<=leds>>1;//使LED燈向右移動(dòng)一位。
state<=s3;//進(jìn)入判斷右方接球的狀態(tài)。
end
else
begin
leds<=leds>>1;//使LED燈向右移動(dòng)一位。
state<=s2;//重復(fù)s2狀態(tài)。
if(keyR)
begin
scoreL<=scoreL+1;
state<=s1;
leds<=8'b00000000;//如果右方在燈向右移動(dòng)的過程中擊球，表示右方犯規(guī)，左方加一分，球權(quán)給左方，并使LED燈復(fù)位。
end
end
end
s3: begin
if(keyR)
begin
state<=s4;//右方接球成功，并進(jìn)入右方發(fā)球的s4狀態(tài);
leds<=8'b00000000;//使LED燈復(fù)位。
end
else
begin
scoreL<=scoreL+1;
state<=s1;//右方接球不成功，則左方加一分，并進(jìn)入左方發(fā)球的s1狀態(tài);
leds<=8'b00000000;//使LED燈復(fù)位。
end
end
s4: begin
if(keyR)
begin
if(leds==8'b00000000)
leds<=8'b00000001;//如果右方發(fā)球或成功接球，點(diǎn)亮的燈出現(xiàn)在最右邊。
state<=s5;//跳轉(zhuǎn)到s5狀態(tài)
end
else if(keyL)
begin
state<=s4;//在這個(gè)過程中，如果左方擊球，則LED燈閃爍，表示發(fā)生錯(cuò)誤，狀態(tài)一直重復(fù)在s4。
end
end
s5: begin
if(leds==8'b10000000)//判斷LED燈是否向左移動(dòng)到最后一個(gè)燈亮。
begin
leds<=leds<<1;//使LED燈向左移動(dòng)一位。
state<=s6;//進(jìn)入判斷左方接球的狀態(tài);
end
else
begin
leds<=leds<<1;//使LED燈向左移動(dòng)一位
state<=s5;//重復(fù)s5狀態(tài)。
if(keyL)
begin
scoreR<=scoreR+1;
state<=s4;
leds<=8'b00000000;//如果左方在燈向左移動(dòng)的過程中擊球，表示左方犯規(guī)，右方加一分，球權(quán)給右方，并使LED燈復(fù)位。
end
end
end
s6: begin
if(keyL)
begin
state<=s1;//左方接球成功，并進(jìn)入左方發(fā)球的s1狀態(tài);
leds<=8'b00000000;//使LED燈復(fù)位。
end
else
begin
scoreR<=scoreR+1;
state<=s4;//左方接球不成功，則右方加一分，并進(jìn)入右方發(fā)球的s4狀態(tài);
leds<=8'b00000000;//使LED燈復(fù)位。
end
end
default: state<=s0;
endcase
end
end
endmodule
（3）顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊
module tube_data(clk,rst,cycle,score,D_ADDR,D_DATA);
input clk,rst,cycle;
input [7:0] score;
output [3:0] D_ADDR;
output [7:0] D_DATA;
reg [14:0] cnter;
reg [2:0] state;
reg [3:0] D_ADDR;
reg [7:0] D_DATA;
parameter m=250;
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
begin
cnter<=0;
state<=0;//當(dāng)rst為0時(shí)，給各變量賦初值。
end
else
begin
if(cnter==m)
cnter<=0;//每當(dāng)cnter加到與m相等，使cnter變回0
else
cnter<=cnter+1;
case(cnter)
0 : state<=0;//當(dāng)cnter為0時(shí)，使state為0。
m/2 : state<=1;//當(dāng)cnter為125時(shí)，使state為1。
<font color="rgb(0, 0, 0)">…………限于本文篇幅余下代碼請從51黑下載附件…………</font>

復(fù)制代碼

（4）數(shù)碼管顯示控制模塊

module ch452 (scl, sda,clk,rst,cycle,DIG_ADDR, DIG_DATA);
input clk,rst;
input [3:0] DIG_ADDR;
input [7:0] DIG_DATA;
output scl,sda,cycle;
reg scl, sda,cycle;
reg [5:0] cnt_cycle;
reg [5:0] CST;
reg [5:0] NST;
reg [5:0] i;
reg [3:0] D_ADDR;
reg [7:0] D_DATA;
parameter DA0 =1'b0;
parameter DA1 =1'b1;
parameter ADDR =1'b1;
parameter s0=0,s1=1,s2=2,s3=3;
always @( posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
begin
CST <= s0;
cycle<=0;
i<=0;
end
else
begin
CST <= NST;
if(i==38)
begin
i<=0;
cycle <= 1;
end
else
begin
i<=i+1;
cycle <= 0;
end
end
end
always @ (posedge cycle or negedge rst)
begin
if(!rst) begin
cnt_cycle<=0;
D_ADDR<=4'b0000;
D_DATA<=8'b00000000;//當(dāng)rst為0時(shí)，為數(shù)碼管賦初值。
end
else begin
cnt_cycle<=cnt_cycle+1;
if(cnt_cycle==0) begin
D_ADDR<=4'b0100;
D_DATA<=8'b00000001;//數(shù)碼管第一次驅(qū)動(dòng)，在第4'b0100個(gè)數(shù)碼管輸出數(shù)值8'b00000001
end
else if(cnt_cycle==1) begin
D_ADDR<=4'b0101;
D_DATA<=8'b10000000;//數(shù)碼管第二次驅(qū)動(dòng)，在第4'b0101個(gè)數(shù)碼管輸出數(shù)值8'b10000000
end
else begin
D_ADDR<=DIG_ADDR;
D_DATA<=DIG_DATA;//數(shù)碼管第三次驅(qū)動(dòng)，在自己想要的數(shù)碼管位置輸出自己想要的值
end
end
end
always @ (CST or D_ADDR or D_DATA or i)
case (CST)
s0 : begin scl = 1; sda = 1; NST <= s1; end//數(shù)碼管準(zhǔn)備啟動(dòng)
s1 : begin scl = 1; sda = 0; NST <= s2; end//數(shù)碼管開始啟動(dòng)
s2 : begin scl = 0; sda = 0; NST <= s3; end//數(shù)碼管啟動(dòng)完成
s3 : begin
if(i%2==1) scl=0;
else scl=1;
case ((i-1)/2)
1:sda=DA0;
2:sda=DA1;
3:sda=ADDR;//輸出固定值011。
4:sda=D_ADDR[3];
5:sda=D_ADDR[2];
6:sda=D_ADDR[1];
7:sda=D_ADDR[0];//輸出數(shù)碼管位置。
8:sda=0;
9:sda=1;//輸出固定值01。
10:sda=D_DATA[7];
11:sda=D_DATA[6];
12:sda=D_DATA[5];
13:sda=D_DATA[4];
14:sda=D_DATA[3];
15:sda=D_DATA[2];
16:sda=D_DATA[1];
17:sda=D_DATA[0];//輸出數(shù)碼管顯示的數(shù)字。
18:sda=1;
default:sda=0;
endcase
if(i==38) NST = s0;
else NST = s3;
end
default : begin scl = 1; sda = 1; NST <= s0;end
endcase
endmodule
（5）頂層模塊
module top(clk,rst,keyL,keyR,leds,scl_ch452,sda_ch452);
input keyL,keyR,clk,rst;
output[7:0] leds;
output scl_ch452,sda_ch452;
…………限于本文篇幅余下代碼請從51黑下載附件…………
endmodule

復(fù)制代碼

管腳分配說明

設(shè)計(jì)端口	芯片引腳	開發(fā)板模塊
clk	PIN_22	時(shí)鐘
rst	PIN_88	SW3，異步復(fù)位
keyL	PIN_91	SW1，左方按鍵
keyR	PIN_90	SW2，右方按鍵
scl_rtc	PIN_60	實(shí)時(shí)時(shí)鐘串行時(shí)鐘信號
sda_rtc	PIN_64	實(shí)時(shí)時(shí)鐘串行數(shù)據(jù)信號
scl_ch452	PIN_70	CH452 串行時(shí)鐘信號
sda_ch452	PIN_69	CH452 的串行數(shù)據(jù)信號
leds[0]	PIN_72	LED1
leds[1]	PIN_73	LED2
leds[2]	PIN_74	LED3
leds[3]	PIN_75	LED4
leds[4]	PIN_76	LED5
leds[5]	PIN_77	LED6
leds[6]	PIN_79	LED7
leds[7]	PIN_80	LED8

時(shí)間進(jìn)度安排

序號	設(shè)計(jì)階段工作內(nèi)容	時(shí)間分配
1	理解題目，理清思路，學(xué)習(xí) CH452 和 DS1340 的數(shù)據(jù)手冊，畫出設(shè)計(jì)框圖和乒乓球的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。	1天
2	編寫和調(diào)試乒乓球游戲機(jī)分?jǐn)?shù)顯示相關(guān)模塊，能實(shí)現(xiàn)乒乓球雙方得分?jǐn)?shù)據(jù)的顯示。	1天
3	編寫和調(diào)試乒乓球游戲機(jī)球拍控制和乒乓球移動(dòng)相關(guān)模塊	4天
4	完善和優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)，編寫設(shè)計(jì)報(bào)告	2天
5	設(shè)計(jì)答辯	1天

五、設(shè)計(jì)總結(jié)

設(shè)計(jì)成績：教師簽名：

完整論文下載（word格式可編輯）：

EDA課設(shè)報(bào)告——乒乓球模擬.doc (206.93 KB, 下載次數(shù): 34)

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