乒乓电路—终稿(3)

聊城大学本科毕业论文（设计）

3．2设计框图

图3.1设计流程图

图3.2 乒乓球游戏机原理图

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4.设计步骤

4．1乒乓球游戏机实体的设计

设计该乒乓球游戏机的输入/输出端口。首先考虑输入端口，一般都应该设置一个异步置位端口reset，用于在系统不正常时回到初始状态；两个发球输入端serve1和serve2，逻辑‘1’分别表示甲方和乙方的发球；两个击球输入端hit1和hit2，逻辑‘1’分别表示甲击球和乙击球；一个开始游戏按钮startbutton，处于逻辑‘1’表示可以游戏；还得有一个时钟输入端口clk。

其次考虑输出端口，芯片应该有8个输出端口来控制8个发光二极管，输出逻辑‘1’即输出一个高电平，可以使发光二极管点亮；另外，要直观地表示双方的得分，就得用到七段译码器，每方用到2个，可以表示0~11的数字，每个七段译码器需要芯片的7个输出端口来控制，总共需要28个输出端口。实体的设计如下：

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_arith.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all; --引用必要的库函数和包集合 entity compete is --实体名为pingpong port(reset:in std_logic; clk_1:in std_logic; startbutton:in std_logic; --开始游戏输入端口 serve:in std_logic_vector(1 downto 0); --发球输入端口 hit1,hit2:in std_logic; --甲和乙的击球输入端口 light:out std_logic_vector(1 to 8); --控制8个发光二极管的输出端口 counta,countb:out std_logic_vector(3 downto 0)); --2个用于控制4个7段译码器的输出端口 end compete;

4．2状态机编程实现

状态机设置了7个状态，分别是等待发球状态（waitserve）、第一盏灯亮状态（light1on）、第八盏灯亮状态（light8on）、球向乙移动状态（ballmoveto2）、球向甲移动状态（ballmoveto1）、允许甲击球状态（allow1hit）和允许乙击球状态（allow2hit）。

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状态waitserve，light1on，ballmoveto2，allow2hit，light8on，ballmoveto1和allow1hit代表的具体数值依次是0到6.在波形模拟图中是用数值来表示状态的。

乒乓球游戏机中有两个计数器count1和count2，分别记忆甲的得分和乙的得分；一个i信号，用它的数值来控制状态机外8个发光二极管的亮和暗，比如当i=1时表示第一个发光二极管亮，用发光二级管的轮流发光表示球的移动轨迹。

输入状态机的信号有游戏开关startbutton信号，它是1位二进制信号，数值为1表示可以进入游戏；serve信号，是一个2位二进制向量，“10”表示甲发球；两个二进制信号hit1和hit2分别表示甲乙是否击球，若数值为1，表示击球，不为1表示不击球。以下是状态机进程代码。

process(clk_1) --状态机进程 --clk_1作为敏感信号触发进程 begin --进程开始 if reset='1' then --异步置位

i<=0;count1<=\elsif clk_1'event and clk_1='1' then --当处于时钟inclock上升沿时 if count1=\

i<=0;count1<=\elsif count2=\

i<=0;count1<=\elsif startbutton='0' then

i<=0;count1<=\else --以下case语句是程序中最关键的状态机部分 case state is

when waitserve => case serve is

when \

when \ when \ when \when others => i<=0; end case;

when light1on => i<=2; if hit2='1' then i<=0;

count1<=count1+1;state<=waitserve; else

state<=ballmoveto2; end if;

when light8on => i<=7;

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if hit1='1' then i<=0;

count2<=count2+1;state<=waitserve; else

state<=ballmoveto1; end if;

when ballmoveto1 => if hit1='1' then i<=0;

count2<=count2+1;state<=waitserve; elsif i=2 then i<=1; state<=allow1hit; else i<=i-1; end if;

when ballmoveto2 => if hit2='1' then i<=0;

count1<=count1+1;state<=waitserve; elsif i=7 then i<=8; state<=allow2hit; else i<=i+1; end if;

when allow1hit =>

if hit1='1' then i<=2;state<=ballmoveto2; else count2<=count2+1;i<=0; state<=waitserve; end if;

when allow2hit =>

if hit2='1' then i<=7;state<=ballmoveto1; else count1<=count1+1;i<=0; state<=waitserve; end if; end case; end if; end if;

end process;

4．3记分译码器的设计

七段译码器是在数字电路设计中经常用到的显示电路。所谓七段译码器，其实是由7段发光二极管组成的用于显示数字的器件。如图4.1所示。

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图4.1 七段译码器简易图

其中的a,b,c,d,e,f,g分别为7段发光

二极管，通过控制每个发光二极管的亮和暗，可以分别显示0~9十个数字。例如，b和c两段发光二极管亮，其他发光二极管暗，则表示数字“1”；a,b,g,e和d五段发光二极管亮，其他发光二极管暗，则表示数字“2”。七段译码器有7个输入端，分别控制a~g七段发光二极管。

记分译码器（mydecoder）：由于记分需要显示出来，所以要使用七段译码器。而状态机中的记分是由4位二进制码来表示的，即count1和count2.这个记分译码器电路是针对乒乓球游戏机的特点进行的特别设计，采用的是全部列举的方法，如图4.2所示：

图4.2 七段译码器电路模块图

代码如下：

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_arith.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all; entity decoder is

port(binaryin:in std_logic_vector(3 downto 0); --4位二进制码的输入端口

bcdout1:out std_logic_vector(6 downto 0); --译码器高位输出端口 bcdout2:out std_logic_vector(6 downto 0) --译码器低位输出端口 );

end decoder;

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