EDA乒乓球 - - Powered by Discuz!

标题: EDA乒乓球 [打印本页]

作者: 51黑ss 时间: 2016-3-30 23:20
标题: EDA乒乓球
无处不在的电子应用需求，对电子技术的发展提出了更高的要求。大规模集成电路的设计、制作技术是电子技术的基础。集成电路电容量、低功耗、小体积的发展方向，使得传统的数字系统设计方法已经远远不能满足设计需要，电子设计自动化EDA技术代替传统的数字系统设计方法和手段已成为必然。

二、实验目的

1、初步认识EDA技术Verilog HDL，熟悉可编辑逻辑器件基础；

2、掌握Verilog HDL语法及要素，能够熟练运用行为语句，了解常用数据单元及设计风格；

3、学习典型的FPGA的结构与配置，引脚输入输出端口功能；

4、进行状态机的设置，更进一步的深入熟悉一些基础例程；

5、学会Quartus Ⅱ的应用及一些仿真与测试。

三、实验题目

乒乓球游戏设计

比赛规则约定：七局四胜；11分一局；比赛进行，18个LED排列成行模拟乒乓球台；点亮的LED模拟乒乓球，受FPGA控制从左到右或从右到左移动；比赛选手通过按钮输入模拟击球信号，实现LED移位方向的控制；若发亮的LED运动在球台倒数第四个至对方终点之间时，对方未能及时按下击球按钮使其向相反方向移动，即失去一分。

四、实验要求

任务要求：用按键与LED（或者点阵）表示输入与输出。

（1）初始时，16个LED最边上的点亮，按下键表示发球，亮的灯依次向对方移动；移位计数器控制。

（2）当到达另一边倒数第 4 个灯时表示乒乓球触到桌面反弹；对方必须在反弹后且靠近己方的最后一个灯亮起来前按下按键表示接球，否则输球；

（3）接球后灯亮的规则、对方接球的规则同发球；

（4）双方靠近自己的 4个灯亮的间隔 0.4s，其余灯亮的间隔 0.8s；计数器来实现时钟控制；

（5）输球或者犯规，即失去一分；自动显示于数码管（共阴）；

（6）乒乓球比赛规则计分，显示于数码管；

这种比较简单的方式实现

五、实验设计

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。分析乒乓球跳动速度，乒乓球在接发球状态时时速度可以达到0.4s，乒乓球在运行中速度慢些，可以达到0.8s.

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，故只用了软件仿真。

六、源代码及注释

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

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

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

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

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

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; //显示当前LED灯位置

time_sum<=1;

end

if(time_sum==0)begin

//每隔0.8s判断LED灯是否跳入下个状态，若是则将当前LED灯光灭，将下个LED灯点亮

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

begin

if(game_on==4'b0101) //右边等待接球状态

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; //关闭当前LED灯，打开下个LED灯

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

2: //右边发球状态

if(game_on==4'b0101)

begin //若有有效键按下，则立即发球否则进入等待状态

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; //每隔0.4s球向左边移动一位

led_r[qiu]=0;

qiu<=qiu+5'b00001;

led_r[qiu]=1;

if(qiu>=3) //若球已超出右边发球边界，进入右边运球到左边的状态1

state<=1;

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

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

0: //左边接球状态

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//每隔0.4s球运动到下一位

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

endcase

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

endmodule

七、实验流程

1、定义引脚图：

2分频仿真：分频为1MHZ,1KHZ（ms）

分频仿真：1MHz，1khz放大图（us）

3状态机图

程序设计为6个状态，实际只有4个状态，可能是由于状态0状态5优化，状态2和状态3优化为一个状态。

4、将程序下载进入DE2的开发板，当前处于等待发球状态，显示结果为第一局结束，当前局数比左边：右边=0：1。

5、左边按下发球键，乒乓球向前移动，右边进入等待接球状态；

6、在乒乓球进入右边第四个灯亮之前右边接球，此时左边得一分，并由右边发球继续进行比赛，如果在最后一个灯亮之前未接球，对方加一分，并有己方发球继续比赛；

7、长按左边第一个键，此时进入时间暂停，小分暂不显示；

8、按要求左右双方在倒数第四个灯亮之后，最后一个灯亮前接球均为好球，这个接球状态有1.2秒左右，就可进行乒乓球的游戏；

9、游戏进行，比分交替上升，当有人小分率先到达十一分时，进入下一局，如图显示为：第二局结束，局数比为1：1，准备进入下一局，同样规则继续，当有一方率先赢下四局便获胜，游戏结束。

八、心得体会

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。

欢迎光临 (http://www.51hei.com/bbs/)