【正文】 i 目錄 1 引言 ........................................................................................................................................... 1 2 VHDL 簡(jiǎn)介 ............................................................................................................................... 2 VHDL 的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn) .................................................................................................... 2 設(shè)計(jì)流圖 ........................................................................................................................ 3 3 模塊設(shè)計(jì) ................................................................................................................................... 6 七段數(shù)碼管顯示譯碼器 ................................................................................................ 7 按鍵去抖電路 ................................................................................................................ 9 狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì) ...................................................................................................................11 狀態(tài)機(jī)的 6 種 狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)移 ................................................................................11 狀態(tài)機(jī) /球臺(tái)控制程序 .............................................................................................. 12 記分器設(shè)計(jì) .................................................................................................................. 17 4 系統(tǒng)硬件測(cè)試 ......................................................................................................................... 20 GW48 系統(tǒng)的主要性能和特點(diǎn) .................................................................................. 20 FPGA 目標(biāo)芯片管腳圖 ............................................................................................... 20 系統(tǒng)的編譯、綜合、適配 .......................................................................................... 22 系統(tǒng)的有關(guān)仿真 .......................................................................................................... 24 系 統(tǒng)的編程 配置 .......................................................................................................... 26 5 結(jié)論 ......................................................................................................................................... 28 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................... 29 致謝 ............................................................................................................................................ 30 ii 摘 要 VHDL 是甚高速集成電路硬件描述語言。 目前， VHDL 已成為許多設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)化硬件描述語言 。 VHDL 語言功能性強(qiáng) ， 覆蓋面廣 ， 靈活性高 ， 具有很好的實(shí)用性 。 本文設(shè)計(jì)一個(gè)基于 VHDL 的乒乓游戲機(jī) ，乒乓游戲機(jī) 由狀態(tài)機(jī)、記分器、譯碼顯示器與按鍵去抖等部分所組成。通過對(duì)各部分編寫 VHDL 程序，然后進(jìn)行編譯、仿真、邏輯綜合、邏輯適配，最后進(jìn)行編程下載，并且通過 GW48 型 EDA 實(shí)驗(yàn)箱的驗(yàn)證 ，實(shí)現(xiàn)乒乓游戲機(jī)的基本功能 。 關(guān)鍵詞 ： VHDL； GW48； 乒乓游戲機(jī) iii Abstract VHDL is high speed IC hardware describe language. VHDL already bees the language of normalizing hardware describe that a lot of design automation implement adopts monly at present. The VHDL language function is strong. The face covering is broad, flexibility high and have the very good pragmatism. One main body of the book is designed waits for what part group is acplished owing to that VHDL table tennis game machine, table tennis game machine go to tremble from state machine, marker, decoding display and button. By piling and posing VHDL procedure to every part, then piling, simulate, logic synthesis, logic fitting. Carry out programming time be loaded with finally. Then verification and by GW48 type EDA experiment box, realize table tennis game machine’s fundamental function. Key words: VHDL。 GW48。 Table tennis game machine 1 1 引言 隨著社會(huì)的進(jìn)步和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展， 在電子線路設(shè)計(jì)領(lǐng)域中 ， 設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具已經(jīng)逐步為設(shè)計(jì)者所接受 ， 成為主要的設(shè)計(jì)手段 。 目前 ， VHDL 已成為許多設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)化硬件描述語言 ， 掌握 VHDL 語言 ， 用 VHDL 語言設(shè)計(jì)電子線路 ， 是電子線路設(shè)計(jì)者必須掌握的基 本技能。 VHDL 支持?jǐn)?shù)字電路的開發(fā)環(huán)境， VHDL 也支持各種設(shè)計(jì)方法：自頂向下、自底向上或混合的方法 [1]。 VHDL 語言功能性強(qiáng) ， 覆蓋面大 ，靈活性高 ， 具有很好的實(shí)用性 [2]。 本文設(shè)計(jì)一個(gè)基于 VHDL 的乒乓游戲機(jī) ， 乒乓游戲機(jī)是由 5 個(gè)發(fā)光二極管代表乒乓球臺(tái) ， 中 間的發(fā)光二極管兼作球網(wǎng) ， 用點(diǎn)亮的發(fā)光二極管按一定方向移動(dòng)來表示球的運(yùn)動(dòng) 。 在游戲機(jī)的兩側(cè)各設(shè)置兩個(gè)開關(guān) ， 甲乙二人按乒乓球比賽規(guī)則來操作開關(guān) 。 本設(shè)計(jì)由譯碼顯示器 、 記分器 、 狀態(tài)機(jī) /球臺(tái)控制器與按鍵去抖等部分組成 。 本設(shè)計(jì)是用實(shí)驗(yàn)箱 GW48 進(jìn)行 模擬乒乓機(jī) ， 用發(fā)光二極管 代表乒乓球臺(tái) ， 最中間的發(fā)光二極管作球網(wǎng) ， 用點(diǎn)亮的發(fā)光二極管按一定方向移動(dòng)來表示球的運(yùn)動(dòng) ， 用按鈕設(shè)置發(fā)球和接球開關(guān) 。 設(shè)計(jì)總體要求 ： 乒乓機(jī)能模擬乒乓球比賽的基本過程和規(guī)則 ， 并能自動(dòng)裁判和記分 。 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和要求如下 ： （ 1） 使用乒乓機(jī)的甲乙雙放在不同的位置發(fā)球或擊球 。 （ 2） 乒乓球的位置和移動(dòng)方向由燈亮及依次點(diǎn)亮的方向決定 。 球的速度為 移動(dòng) 1 位。球過網(wǎng)，接球方向即可擊球，提前擊球或沒擊球均判失分 。 （ 3） 比賽按 21 分為一局進(jìn)行 ， 甲乙雙方都應(yīng)設(shè)置自己的記分牌 ， 任何一方先記滿21 分 ， 該方就算 勝出 ， 按 RESET 復(fù)位重新開局 。 2 2VHDL 簡(jiǎn)介 VHDL 是 Very high speed integrated circuit Hardware Description Language 的縮寫，即“甚高速集成電路硬件描述語言”，最初由美國(guó) 國(guó)防部和 INTER、 IBM、 TI 公司聯(lián)合開發(fā)， 1987 年成為 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，即 IEEE1076 標(biāo)準(zhǔn)（俗稱 87 版 VHDL） [1]。此后，美國(guó)國(guó)防部要求官方與高速集成電路設(shè)計(jì)的所有文檔必須用 VHDL 描述，因?yàn)?VHDL 在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，漸漸成為工業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)。 1993 年， IEEE 對(duì) VHDL 進(jìn)行了修訂，公布了新的 VHDL 標(biāo)準(zhǔn)，即 IEEE10761993 版（俗稱 93 版 VHDL） [3]。 的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn) VHDL 具有以下特點(diǎn) [4]： （ 1）支持“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法 ： 設(shè)計(jì)可按層次分解 ， 采用結(jié)構(gòu)化開發(fā)手段 ， 可實(shí)現(xiàn)多人 、 多任務(wù)的并行工作方式 ， 使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效力大幅提高 。 （ 2） 系統(tǒng)硬件描述能力強(qiáng) ： 可以同時(shí)支持“行為描述”、“數(shù)字流描述”和“結(jié)構(gòu)描述” 3 種描述方式，并可混用 [5]。 其中，強(qiáng)大的“行為描述”能力使設(shè)計(jì)者可以避開具體的器件結(jié)構(gòu) ， 從邏輯行為上描述和設(shè) 計(jì)大規(guī)模電子系統(tǒng) 。 這一特點(diǎn)使 VHDL 成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最佳的硬件描述語言 。 （ 3） 系統(tǒng)仿真能力強(qiáng) ： VHDL 最初是作為一種仿真標(biāo)準(zhǔn)問世的 ， 因此 VHDL 具有仿真語句和庫(kù)函數(shù) 。 另外 ， VHDL 強(qiáng)大的“行為描述”能力也使其十分適用于系統(tǒng)級(jí)仿真 。 （ 4） 工藝無關(guān)性 [6]： 在使用 VHDL 設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件時(shí) ， 沒有嵌入與工藝相關(guān)的信息 。正因?yàn)?VHDL 的硬件描述與具體