摘 要
自新中国成立以来，人们对乒乓球的热爱与日俱增，乒乓球更是成为了中国的国球。在中国，乒乓球运动的爱好者远高于其他运动，可见人们对乒乓球的喜爱和重视。随着现代化科技的不断发展，乒乓球的玩法不仅仅只局限于户外，越来越多的关于乒乓球的游戏被设计者们设计出来，极大地满足了因为各种各样的局限而不能进行在户外打乒乓球的人们。
本文具体介绍了基于VHDL语言的乒乓游戏机研究的现状以及遇到的问题，这个设计是运用VHDL硬件描述语言进行程序编写，使用了QuartusⅡ对程序进行修改以及仿真。本次设计的乒乓游戏机是由四个模块组成，分别是状态机模块、计分器模块、数码管的译码模块以及按键防抖模块组成，他们的功能分别是控制整个游戏机的运行、对游戏进行计分、积分译码，使游戏结果能够在数码管上显示、防止按键时信号出现毛刺，比赛结果受到影响。
本次设计最终要实现的功能和真正的乒乓球比赛一致。由两个人进行比赛，在对方不能击到球或者提前击球时，另一方得一分。谁先得到21分，谁就赢得本局胜利。这个设计的创新点在于增加了乒乓游戏机的复杂度，使得这个游戏更加具有趣味性和不同点。并且它采用自动计分与裁判，减少判别的麻烦。用VHDL硬件描述语言进行设计更是缩短了游戏制作的时间，减少了游戏开发的成本，且功耗少。
关 键 词：VHDL语言；QuartusⅡ；乒乓游戏机
Abstract
Since the founding of new China, people have become increasingly fond of table tennis, which has become the national ball of China. In China, table tennis fans are much higher than other sports, which show that people love and attach importance to table tennis. With the continuous development of modern science and technology, the table tennis game not just confined to outside, more and more about table tennis game is designed, the designers greatly satisfied because of the limitations of various people cannot take place outdoors to play table tennis.
This article detailed introduces the ping-pong game based on VHDL language research present situation and problems of this design is to use VHDL hardware description language for programming, using the Quartus Ⅱ to modify and the simulation program. The table tennis game of this design is composed of four modules, respectively is a state of desktop module, 14-year-old module, decoding module and button image stabilization module composition of digital tube, their function is to control the operation of the entire game respectively, scoring was carried out on the game, integral decoding, make the game results can be displayed on the digital tube, to prevent the occurrence of burr, button signal result affected.
The final function of this design is consistent with the real table tennis competition. There are two players in the game, and when the other team cannot hit the ball or hit the ball early, the other team gets one point. Whoever gets 21 points first will win the game. The innovation of this design is to increase the complexity of the ping-pong game, making the game more interesting and different. And it USES automatic scoring and judging to reduce the difficulty of judging. The design with VHDL hardware description language shortens the time of game production, reduces the cost of game development, and reduces the power consumption.
Key words:VHDL Language; QuartusⅡ; Pingpong game
目录
1绪论
1.1课题的背景和目的意义
1.2国内外研究现状
1.3课题研究的内容和创新点
1.3.1 研究内容
1.3.2研究创新点
2开发工具简介
2.1 EDA技术概述
2.1.1 EDA技术及其发展
2.1.2 EDA技术的优势
2.1.3 EDA设计流程
2.1.4 EDA工具
2.1.5 EDA的发展趋势
2.2 可编程逻辑器件介绍
2.3 VHDL硬件描述语言
2.3.1 VHDL语言概述
2.3.2 VHDL语言优势及不足
2.4 QuartusⅡ9.1开发软件介绍
3乒乓游戏机各模块设计
3.1乒乓游戏机的组成
3.2状态机模块
3.2.1状态机概述
3.2.2状态机设计思路
3.3数码管译码模块
3.4按键防抖模块
3.5计分器模块
4乒乓游戏机硬件测试
4.1乒乓游戏机的仿真流程
4.2乒乓游戏机的分模块仿真
5 结论
参考文献
辞谢
1.绪论
1.1课题的背景和目的意义
乒乓球,是中国的国球,且是世界流行的一种球类体育项目。在中国，到处可见打乒乓球的人。其中，学生居多。但是，乒乓球现在受到各种各样因素的限制，比如，场地不足，没有运动的设备或者环境不允许等问题。随着人们生活脚步的加快,随之而来的工作压力也逐步增大,让人们对乒乓球运动这项户外的运动接受的程度就大不如前。大多数的年轻人在工作之余更多的开始享受游戏的快乐。
现在，电子技术在高速发展，现代化的电子产品几乎在这个社会的各个方面都能看见，而这就会越来越有力地提高社会信息化发展的程度并且社会的主要生产力也发生了变化，而这个变化也更加有利于社会的进步。与此同时随着电子产品的变化越来越大，种类更是越来越多的情况下，现代化的电子产品在功能和性能方面就有了明显的提高。作为休闲时间越来越少的我们就会越来越没有时间进行户外活动。因此，电子游戏也因其简单易懂，上手快，成为了大家的娱乐项目。所以设计出了这个乒乓球游戏机，它简单方便可以避免很多限制因素。
现在，市面上的开发产品越来越复杂，结构变得难懂，开发产品从构思到在市面上流通，这个时间变得越来越短。伴随着这些弊端，就产生了产品在设计方面的问题。那就是，现在电子系统太过复杂和集成化的规模也变大，电子厂商们不得不开始急于追求电子产品的在功能上的强大，品质还要好，成本也要低，基于这些特点就不得不让电子设计变的复杂[1]。而如何完成这些复杂的电子设计就成了设计者要考虑的问题，因为过去的工艺不能满足这些要求。第二点，电子产品从构思到出售的时间越来越短，设计时间越来越精简成为了电子厂商们的追求，这无外乎是因为人们对游戏的热爱，使得游戏的更新换代等价的快，在这样快速的等新换代下，让更多的游戏设计者快速的设计产品的同时缩短上市时间成了越来越多厂商面临的问题。
解决这两个问题，靠着传统的电子设计方法已经不行了。而EDA技术的到来给电子设计带来了变化，这个变化极大的推动了微电子技术的向前发展，从而使电子学进入了一个新的时代。
现今国外同中国的状况相似，主流的游戏公司，如：微软，任天堂等游戏公司生产设计的游戏机大多是基于单片机实现的，有其优点，但也有其弊端，比如成本高，价格昂贵，设计工艺复杂，并没有基于VHDL语言编辑的乒乓游戏机该有的灵活性和更加实用的特点。所以，基于VHDL语言实现的乒乓游戏机的具有更好的发展前景和发展优势，而现在并没有被人们所重视[2]。
1.2国内外研究的现状
随着社会的进步和工业技术的迅猛发展，电子产品日渐为大众所熟知与应用，在很多场合都能看见电子产品的出现。九十年代初，随着电子计算机技术的势头越来越猛。电子计算机一次次的被更新，与此同时，软件设计的发展也势头渐猛。这些发展有效的屏除了传统的软件设计的弊端。十九世纪七十年代,第一台电子游戏机问世[3]。现今，电子游戏机的品种越来越多样化，样式越来越简单化，极大的满足了玩家的要求。乒乓球作为中国的国球，虽然受到一些外在因素的影响，但是人们对它的热情依然不减。基于这个原因，游戏开发厂商将二者结合到了一起。
乒乓球游戏机是有甲、乙双方参加比赛，球拍是按键，乒乓球是由发光二极管来担当，它能够完成裁判和自主计分的功能，而且还是带有数字显示屏幕的游戏机。乒乓球游戏机的结构不复杂、花费少、易上手、安全、没有污染。所以，它不仅娱乐我们，还能让我们在劳累的生活放松我们的精神。因为电子技术的逐渐变化,电子游戏机开始朝着“便携式”的方向发展。目前，国内市场上并没有基于VHDL语言的乒乓游戏机的问世，大多数是基于单片机实现的[4]。
市场上的游戏机的设计电路结构复杂，芯片过多，功率消耗大，不节省能源，并且成本昂贵，不能让更多的游戏爱好者体会到游戏的乐趣。因为VHDL硬件描述语言在功能强大，应用范围大，编辑灵活等方面的优势，所以国内已有很多人对基于VHDL语言的乒乓游戏机进行了分析与设计，并且有了设计成果。
现今国外同中国的状况相似，主流的游戏公司，如：微软，任天堂等游戏公司生产设计的游戏机大多是基于单片机实现的，有其优点，但也有其弊端，比如成本高，价格昂贵，设计工艺复杂，并没有基于VHDL语言实现的乒乓游戏所具有灵活性高的特点[5]。由于以上的几种原因，基于VHDL语言实现的乒乓游戏机也将有良好的发展前景，并且应该被广泛的设计与研发。
1.3课题研究的内容和创新点
1.3.1 研究内容
设计的内容是将8个发光二极管依次排开，连成一条直线，然后用第四个和第五个发光二极管当作球网，所以第四个和第五个发光二极管就是界限，而这8个发光二极管也被用来做乒乓球的球台。所以，球的移动轨迹就是发光二极管亮的轨迹。甲乙双方的附近都会有两个开关，一个用来击球，另一个用来发球。
当离自己最近的这个发光二极管亮的时候，就表示要击球了，如果没有击球或者击球的时间早了，那么对方就要得一分。在有人得分后，游戏机会复位，也就是现在不能发球，要等到游戏机提示时才可以发球。甲乙两个人的分数会从显示器中显示出来，而显示之前要经过七段译码管把二进制的五位码进行译码，这样才能看见得分。并且这个游戏机不需要裁判，也可以自动的计分，就省去了判别的麻烦。这个游戏是每21分为一局，谁先到达21分，谁就赢得一局，然后会被显示器记录下来，完成一局后，记录分数的显示屏会自动的清零，然后等待下一局的开始。
1.3.2 研究创新点
1.其中任何一方得1分时，将等待发球，在这期间发球视为无效，然后继续等待着可以发球了才能发球；
2.正常的乒乓球比赛是需要有发球权的，但是这个游戏机没有用到发球权，而是赢了的一方，具有有发球权。
