EDA乒乓球实验报告

一实验原理：利用两个按键表示两位选手，LED灯表示乒乓球的轨迹，数码管显示击球结果。

     本程序由3个部分组成，第一部分为分频程序，将de2自带的50Mhz频率分为1MHZ，1lKHZ,10hz.第二部分为数码管分时扫描程序,扫描速度1khz.第三部分是击球状态机程序。

因手上无示波器，也无必要用示波器，分频仿真如下图所示：

由乒乓球跳动速度来看，乒乓球在接发球时速度可以达到0.4s，乒乓球在运行中速度慢些，可以达到0.8s.

module     pinpang(clk_1MHZ,clk_1khz,clk_10hz,clk_27,clk_50,hex0,hex1,hex2,hex3,hex4,hex5,hex6,hex7,clc,set_r,set_l,led_r);            

    input clc,set_r,set_l;      //定义清除键，在程序中按下不放为暂停

    input clk_27,clk_50;    //定义输入时钟信号，此程序中只用了clk_50，即50M的频率

    output clk_1MHZ,clk_1khz,clk_10hz;//定义分频后信号1MHZ,1KHZ,10HZ

   reg clk_1MHZ,clk_1khz,clk_10hz;  

    reg[5:0] clk_sum;//1MHZfenpin   //定义分频1MHZ计数器

    reg[9:0] clk_sum1k;//fenpinwei 1khz  //定义分频1khz分频器

    reg[6:0] clk_sum10hz;//ledxianshipinlv //定义分频10hz分频器

    reg[6:0] hex_buff1;           //定义数码管缓存寄存器

    reg[3:0] hex_buff;            //定义数码管取值寄存器

    reg[3:0]  hex_sum;          //数码管扫描片选信号

    reg[3:0]  r_sum,l_sum;       //定义每局中左边或者右边得分数目默认a_为左，b_为右

    reg[3:0]  ju_sum;           //led灯延时计数器，每100ms计数一次

    reg[2:0]  a_run,b_run;       //定义左边和右边当前赢得的局数

    reg[2:0]  state;             //定义状态机所处位置

    reg[3:0]   game_on;        //定义按键处于何种状态

    reg[31:0]  time_sum;        //定义LED从次态到现态时间

    reg[4:0]  qiu;              //定义当前LED灯位置

    output[6:0] hex0,hex1,hex2,hex3,hex4,hex5,hex6,hex7;//8段数码管显示数

    reg[6:0] hex0,hex1,hex2,hex3,hex4,hex5,hex6,hex7;

    output[17:0]led_r;         

    reg   [17:0]led_r;           //led灯状态

    parameter  hexx0=7'b1000000,    //0

               hexx1=7'b1111001,   //1

               hexx2=7'b0100100,   //2

               hexx3=7'b0110000,   //3

               hexx4=7'b0011001,   //4

               hexx5=7'b0010010,   //5

               hexx6=7'b0000010,   //6

               hexx7=7'b1111000,   //7

               hexx8=7'b0000000,   //8

               hexx9=7'b0010000,   //9

               hexxn=7'b1111111;   //null

always@(posedge clk_50)begin   //fenpinwei1MHZ

         clk_sum<=clk_sum+6'b000001;    //分频为1MHZ

         if(!clc)

         clk_sum<=0;

         if(clk_sum==24)begin

         clk_sum<=0;

         clk_1MHZ<=~ clk_1MHZ;      

         end

    end     

  always@(posedge clk_1MHZ)begin   //FENPINWEI 1KHZ

         clk_sum1k<=clk_sum1k+10'b0000000001;   //分频为1KHZ

         if(!clc)

         clk_sum1k<=0;

         if(clk_sum1k==499)begin

         clk_sum1k<=0;

         clk_1khz<=~ clk_1khz;      

         end

    end         

always@(posedge clk_1khz)begin   //FENPINWEI 10HZ//分频为10hz

         clk_sum10hz<=clk_sum10hz+7'b0000001;

         if(!clc)

         clk_sum10hz<=0;

         if(clk_sum10hz==49)begin

         clk_sum10hz<=0;

         clk_10hz<=~ clk_10hz;   

         end

    end        

  always@(posedge clk_1khz)begin   //FENPINWEI 1kHZ//在1kHz内处理数码管和按键

         hex_sum<=hex_sum+4'b0001;

         if(!clc)

         hex_sum<=0;

         if(hex_sum==8)

         hex_sum<=0;  

   case(hex_sum)

        6:hex_buff<=a_run; //第二位 显示左边边当前赢得局数，实际为0

//由于de2开发板数码管位置移位，故该程序中数码管非实验板相应位置，需要调整

        7:hex_buff<=b_run;   //第一位显示右边当前赢得局数

        0:hex_buff<= a_run;   //第三位显示左边赢得局数

        1:hex_buff<= ju_sum%10;//第四位显示当前局数

        2:hex_buff<= r_sum%10; //第五位显示右边当前得分个位

        3:hex_buff<= r_sum/10; //第六位显示右边当前得分十位

        4:hex_buff<= l_sum%10; //第七位显示当前左边赢得得分个位

        5:hex_buff<= l_sum/10; //第八位显示当前左边赢得得分十位

        default:hex_buff=4'b1111;

    endcase

    if(!set_l)

        begin

        if(state==5||state==0)

//左按键按下，判断LED灯是否落在左边，若果是继续下去，否则记为错误按左键

        game_on<=4'b0110;

     else

        game_on<=4'b1110;

        end

  if(!set_r)

       begin

  if(state==2||state==3)

//右按键按下，判断LED灯是否落在右边，若果是继续下去，否则记为错误按右键

       game_on<=4'b0101;

  else

       game_on<=4'b1101;

  end

    end   

   always@(negedge clk_1khz) begin

//在clk-1khz的下降沿中处理函数，将数码管中缓存值翻译过来，赋给数码管

     case(hex_buff)

         0:hex_buff1<=hexx0;

         1:hex_buff1<=hexx1;

         2:hex_buff1<=hexx2;

         3:hex_buff1<=hexx3;

         4:hex_buff1<=hexx4;

         5:hex_buff1<=hexx5;

         6:hex_buff1<=hexx6;

         7:hex_buff1<=hexx7;

         8:hex_buff1<=hexx8;

         9:hex_buff1<=hexx9;

         default:hex_buff1<=hexx0;

     endcase

      case(hex_sum)

        0: hex0<=hex_buff1;

        1: hex1<=hex_buff1;

        2: hex2<= hex_buff1;

        3: hex3<= hex_buff1;

        4: hex4<=hex_buff1;

        5: hex5<= hex_buff1;

        6: hex6<= hex_buff1;

        7: hex7<= hex_buff1;

        default:

        begin

        hex0<=hexxn;

        hex1<=hexxn;

        hex2<=hexxn;

        hex3<=hexxn;

        hex4<=hexxn;

        hex5<=hexxn;

        hex6<=hexxn;

        hex7<=hexxn;

        end  

     endcase

    end

  always@(posedge clk_10hz)begin //每100ms进行状态机设置

    time_sum<=time_sum+1;

    led_r=0;      //避免LED全亮，先将LED全灭

    if(time_sum==8)   //每个LED灯间隔发光的时间不超过0.8s

    time_sum<=0;  

      case(state)

         5:   //状态5左边发球

         if(game_on==4'b0110)//如果检测到左键正确按下，执行程序

         begin

         led_r[qiu]=1;   

         if(time_sum==3)begin  //如果LED灯已走了0.4s，则点亮下个LED灯

           time_sum<=0;

           led_r[qiu]=0;      //先将现态LED灯光灭，在点亮下个LED灯

           qiu<=qiu-5'b00001;

           led_r[qiu]=1;

            if(qiu<=14)     

//因为定义了18个LED灯作为实验乒乓球台，所以当左边已发完球后，应立即进入左边运球给右边的状态4

               state<=4;

            end

           end

         else

         begin      / /如果没有检测到左键正确按下，则LED【17】常亮

         led_r[17]<=~led_r[17];

         end

         4:       //左边运球到右边的状态

         begin

            led_r[qiu]=1;    //若果球已到右边接球边界，进入右边接球状态3

            if(qiu<=3)

            state<=3;

            if(state==4)

            begin

          if(game_on==4'b1101)begin

            l_sum<=l_sum+4'b0001;

            state<=2;          //若右键在运球中错误按下，算右边犯规，左边加一分

             led_r[qiu]=0;      //球归右边并自动发球

             qiu<=0;

             led_r[qiu]=1;

             time_sum<=1;

            end

          if(time_sum==0)begin

            led_r[qiu]=0;

            qiu<=qiu-5'b00001;

            led_r[qiu]=1;     //运球没有失误，进入右边接球状态3

             if(qiu<=3)

            state<=3;

        end

       end

       end

       3:

       begin

           if(game_on==4'b0101)

           begin

           state<=2;

              led_r[qiu]=0;

           qiu<=qiu+5'b00010;         //若已接球，立即进入状态2或1

            led_r[qiu]=1;

            end

           if(state==3)

           begin

           led_r[qiu]=1;

           if(time_sum==3)begin    //接球中LED灯闪动速度为0.4s

           time_sum<=0;

           led_r[qiu]=0;

           qiu<=qiu-5'b00001;

           led_r[qiu]=1;

            if(qiu==0)begin

           state<=2;

           l_sum<=l_sum+4'b0001; //若接球失败，进入右边准备发球状态，左边得一分

           end

       end

       end

       end

       2:

       if(game_on==4'b0101)

         begin

         led_r[qiu]=1;

          if(qiu>=3)     //若超出界限，立即进入状态右边运球左边的状态1

           state<=1;

         if(state==2)begin

         if(time_sum==3)begin

           time_sum<=0;

           led_r[qiu]=0;

           qiu<=qiu+5'b00001;

           led_r[qiu]=1;

           if(qiu>=3)

           state<=1;

           end

         end

         end

           else

           begin

         led_r[0]<=~led_r[0]; //若当前没有有效右键按下，一直处于等待阶段。

         end

       1:

         begin

            led_r[qiu]=1;

            if(qiu>=14)

            state<=0;      

            if(state==1)begin  

       if(game_on==4'b1110)begin

            r_sum<=r_sum+4'b0001;

            state<=5;      

//运球过程中，左边错误按下，右边得一分，球立即从左边发出

             led_r[qiu]=0;

             qiu<=17;

             led_r[qiu]=1;

             time_sum<=1;

            end

          if(time_sum==0)begin

            led_r[qiu]=0;

            qiu<=qiu+5'b00001;

            led_r[qiu]=1;  //球到左边接球边界，进入左边接球状态0

            if(qiu>=14)

            state<=0;

       end   

       end

       end

       0:

              begin

          if(game_on==4'b0110)

          Begin      //左键正确按下，进入左边发球状态

            state<=5;

             led_r[qiu]=0;

            qiu<=qiu-5'b00010;

             led_r[qiu]=1;

           end

            if(qiu==17)begin

//初始状态球可能赋值为零，这里强制转换到状态5，实际没有出现这种状态

             state<=5;     

             r_sum<=r_sum+4'b0001;

            end

           led_r[qiu]=1;

           if(state==0)

           begin   

           if(time_sum==3)begin

           time_sum<=0;

           led_r[qiu]=0;

           qiu<=qiu+5'b00001;

           led_r[qiu]=1;

        if(qiu==17)begin

//左边球落到最后一个LED上，说明球已过线，左边接球失败，右边加一分

             state<=5;

             r_sum<=r_sum+4'b0001;

             end

           end

       end

       end

   if(r_sum==11||l_sum==11)begin

//11分为一局，一局结束后进行下一局，左边右边当前局数归零，总局数加一

         if(l_sum==11)a_run<=a_run+1;

         if(r_sum==11)b_run<=b_run+1;

         r_sum<=0;

         l_sum<=0;

         ju_sum<=ju_sum+4'b0001;

end

//若已进行7局，则比赛从新开始

  if(ju_sum==7)begin

          ju_sum<=0;

          a_run<=0;

          b_run<=0;

    end

  end  

endmodule

//本程序仅供参考，可能与实际不符

通过一天多来的努力，我们终于把老师交给我们的任务完成了，明白了fpga编程的一些小技巧。开始第一天因为电脑系统原因，无法安装驱动，后来换了电脑驱动就可以安装了。到网上没有找到引脚库文件，所以只好自己一个一个定义引脚。

  在编程过程中，发现直接赋值常数语句最好用x’b---比较好，否则程序默认常数为32位，出现警告。在整个模块中，寄存器值只能在某个always语句中被赋值，否则会出现错误。定义的输入输出引脚，寄存器引脚也最好使用，否则也会出现警告，若这些变量不需要使用，可以注释掉，以便不时之需。