名稱(chēng)：羽毛球計(jì)分器Basys3開(kāi)發(fā)板verilog代碼帶設(shè)計(jì)報(bào)告（代碼在文末下載）

軟件：VIVADO

語(yǔ)言：VHDL

代碼功能：

羽毛球計(jì)分器：

1、計(jì)分器可以同時(shí)顯示2位選手的分?jǐn)?shù)，每個(gè)選手的分?jǐn)?shù)通過(guò)1bit的輸入按鍵信號(hào)控制，按一次加一分，一共2個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)2個(gè)不同的分?jǐn)?shù)。

2、分?jǐn)?shù)最高為21分，誰(shuí)先達(dá)到21分則獲勝，比賽結(jié)束，同時(shí)通過(guò)LED顯示獲勝的選手。

3、分?jǐn)?shù)通過(guò)7段數(shù)碼管顯示，一共4個(gè)數(shù)碼管，其中2個(gè)顯示選手1的分?jǐn)?shù)，另外2個(gè)顯示選手2的分?jǐn)?shù)。

4、分?jǐn)?shù)達(dá)到21分后顯示持續(xù)5秒后自動(dòng)清零，或者有復(fù)位信號(hào)也會(huì)清零。

FPGA代碼Verilog/VHDL代碼資源下載：www.hdlcode.com

本代碼已在Basys3開(kāi)發(fā)板驗(yàn)證，開(kāi)發(fā)板如下，其他開(kāi)發(fā)板可以修改管腳適配：

演示視頻：

設(shè)計(jì)報(bào)告文檔（節(jié)選，完整報(bào)告付費(fèi)后可下載）：

羽毛球計(jì)分器設(shè)計(jì)報(bào)告（節(jié)選）

一、摘要

本題目要求設(shè)計(jì)使用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)羽毛球計(jì)分器，計(jì)分器可以同時(shí)顯示2位選手的分?jǐn)?shù)，每個(gè)選手的分?jǐn)?shù)通過(guò)1bit的輸入按鍵信號(hào)控制，按一次加一分，一共2個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)2個(gè)不同的分?jǐn)?shù)。分?jǐn)?shù)最高為21分，誰(shuí)先達(dá)到21分則獲勝，比賽結(jié)束，同時(shí)通過(guò)LED顯示獲勝的選手。分?jǐn)?shù)通過(guò)7段數(shù)碼管顯示，一共4個(gè)數(shù)碼管，其中2個(gè)顯示選手1的分?jǐn)?shù)，另外2個(gè)顯示選手2的分?jǐn)?shù)，分?jǐn)?shù)達(dá)到21分后顯示持續(xù)5秒后自動(dòng)清零，或者有復(fù)位信號(hào)也會(huì)清零。通過(guò)這個(gè)計(jì)分器可以用來(lái)在羽毛球比賽中計(jì)分。

二、概述

本報(bào)告設(shè)計(jì)的是一個(gè)羽毛球計(jì)分器，可記錄并顯示2個(gè)選手分?jǐn)?shù)，每個(gè)選手的分?jǐn)?shù)通過(guò)1bit的輸入按鍵信號(hào)控制，按一次加一分，一共2個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)2個(gè)不同的分?jǐn)?shù)。分?jǐn)?shù)最高為21分，誰(shuí)先達(dá)到21分則獲勝，比賽結(jié)束，同時(shí)通過(guò)LED顯示獲勝的選手。分?jǐn)?shù)通過(guò)7段數(shù)碼管顯示，一共4個(gè)數(shù)碼管，其中2個(gè)顯示選手1的分?jǐn)?shù)，另外2個(gè)顯示選手2的分?jǐn)?shù)，分?jǐn)?shù)達(dá)到21分后顯示持續(xù)5秒后自動(dòng)清零，或者有復(fù)位信號(hào)也會(huì)清零。

本工程代碼一共可以分為3個(gè)模塊，分別為頂層模塊badminton_scoreboard、計(jì)分模塊badminton_score和顯示模塊display。其中計(jì)分模塊根據(jù)按鍵控制對(duì)應(yīng)選手的分?jǐn)?shù)，按一次加1分，加到21分獲勝并不再增加，并且需要控制獲勝后的led指示燈和獲勝后持續(xù)5秒后返回初始狀態(tài)。顯示模塊用于將計(jì)分模塊的二進(jìn)制分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換為便于數(shù)碼管顯示的BCD碼分?jǐn)?shù)，然后控制數(shù)碼管的位選信號(hào)和段選信號(hào)分別顯示AB兩組選手的分?jǐn)?shù)（分為個(gè)位和十位顯示）。頂層模塊調(diào)用計(jì)分模塊和顯示模塊，將計(jì)分模塊的分?jǐn)?shù)輸入到顯示模塊，其他信號(hào)連接到外部IO接口。

三、頂層模塊

頂層模塊badminton_scoreboard的實(shí)體定義如下：

entity badminton_scoreboard is

Port ( clk : in STD_LOGIC;

bit_sel : out STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);

seg_sel : out STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0);

reset : in STD_LOGIC;

player_A_point : in STD_LOGIC;

player_B_point : in STD_LOGIC;

win_A_led : out STD_LOGIC;

win_B_led : out STD_LOGIC);

end badminton_scoreboard;

頂層模塊輸入包括時(shí)鐘clk信號(hào)，復(fù)位reset信號(hào)，2個(gè)按鍵player_A_point和player_B_point。輸出為2個(gè)led燈win_A_led和win_B_led，2個(gè)數(shù)碼管控制信號(hào)bit_sel和seg_sel ，其中bit_sel為4bit，控制當(dāng)前顯示哪個(gè)數(shù)碼管，seg_sel為8bit信號(hào)，控制當(dāng)前點(diǎn)亮的數(shù)碼管的顯示值，通過(guò)bit_sel信號(hào)的時(shí)分復(fù)用可以使4個(gè)數(shù)碼管同時(shí)顯示不同的值。頂層模塊調(diào)用計(jì)分模塊和顯示模塊，用于將兩個(gè)模塊連接，代碼如下：

--call Scoring module

U_badminton_score: badminton_score

PORT MAP(

clk ? ? ? ? ? ? =>clk,

reset ? ? ? ? ? =>reset,--reset

player_A_point ?=>player_A_point,--player_A_point key

player_B_point ?=>player_B_point,--player_B_point key

score_A ? ? ? ? =>score_A,----A score

score_B ? ? ? ? =>score_B,----B score

win_A_led ? ? ? =>win_A_led,--A win LED

win_B_led ? ? ? =>win_B_led--B win LED

);

--call Display module

U_display: display

PORT MAP(

clk ? ? ? ? =>clk,

score_A ? ? =>score_A,--A score

score_B ? ? =>score_B,--B score

bit_sel ? ? =>bit_sel,--Digital tube position selection

seg_sel ? ? =>seg_sel--Digital tube section selection

);

首先調(diào)用Scoreboard模塊，可以得到2個(gè)選手的分?jǐn)?shù)，即score_1信號(hào)和score_2信號(hào)，再調(diào)用數(shù)碼管顯示模塊segment_display，將score_1信號(hào)和score_2信號(hào)輸入到segment_display模塊中，最終通過(guò)7segment_display的bit_select和lednum_select信號(hào)進(jìn)行顯示。

四、計(jì)分模塊

計(jì)分模塊的輸入包括時(shí)鐘clk信號(hào)，復(fù)位reset信號(hào)，2個(gè)按鍵player_A_point和player_B_point。輸出為2個(gè)led燈LED_1和LED_2，和2個(gè)分?jǐn)?shù)信號(hào)score_1和score_2。

實(shí)體定義如下：

--Scoring module

ENTITY badminton_score IS

PORT (

clk ? ? ? ? ? ? : IN STD_LOGIC;

reset ? ? ? ? ? : IN STD_LOGIC;--reset

player_A_point ?: IN STD_LOGIC;--player_A_point key

player_B_point ?: IN STD_LOGIC;--player_B_point key

score_A ? ? ? ? : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);----A score

score_B ? ? ? ? : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);----B score

win_A_led ? ? ? : OUT STD_LOGIC;--A win LED

win_B_led ? ? ? : OUT STD_LOGIC--B win LED

);

END badminton_score;

為了控制按鍵按下后加一分，可以通過(guò)一個(gè)process進(jìn)程，判斷按鍵是否按下然后控制分?jǐn)?shù)加1，但是由于按鍵信號(hào)相對(duì)于時(shí)鐘信號(hào)是一個(gè)持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)的信號(hào)，所以需要將按鍵信號(hào)縮短為只持續(xù)一個(gè)時(shí)鐘周期的信號(hào)，可以通過(guò)檢測(cè)按鍵上升沿實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)方法如下：

Basys3板子上一個(gè)有4個(gè)數(shù)碼管，四個(gè)數(shù)碼管有4個(gè)位選信號(hào)控制當(dāng)前點(diǎn)亮哪個(gè)數(shù)碼管，然后4個(gè)數(shù)碼管共用8位段選信號(hào)。因此需要通過(guò)時(shí)分復(fù)用的方式依次點(diǎn)亮4個(gè)數(shù)碼管才能同時(shí)顯示4個(gè)數(shù)字。Basys3板子上的數(shù)碼管位選為低電平選中，即低電平時(shí)顯示，高電平時(shí)不顯示。段選信號(hào)也是低電平點(diǎn)亮，高電平熄滅。如下圖所示，圖中可以看到，若要顯示數(shù)字0，需要將ABCDF全部點(diǎn)亮，G和DP不點(diǎn)亮，因此，按DP，G，F(xiàn)，E，D，C，B，A的順序就是11000000。即十六進(jìn)制的C0。

設(shè)計(jì)代碼如下：

PROCESS (clk)

BEGIN

五、Testbench

Testebnch用于產(chǎn)生仿真測(cè)試激勵(lì)，即模擬頂層模塊的輸入時(shí)鐘、復(fù)位、按鍵A、按鍵B

等信號(hào)，觀察輸出的信號(hào)是否正確。由于testbench是一個(gè)模擬輸入，所以實(shí)體可以是空的，如下：

entity test is

-- ?Port ( );

end test;

然后調(diào)用頂層模塊

u_badminton_scoreboard:badminton_scoreboard

Port MAP(

clk =>clk,

bit_sel =>bit_sel,

seg_sel =>seg_sel,

reset =>reset,

player_A_point =>player_A_point,

player_B_point =>player_B_point,

win_A_led =>win_A_led,

win_B_led =>win_B_led

);

根據(jù)要求，模擬的時(shí)鐘信號(hào)為1KHz，如下，500us高電平和500us低電平：

PROCESS

BEGIN

clk <= '0';

WAIT FOR 500 us;

clk <= '1';

WAIT FOR 500 us;

END PROCESS;

根據(jù)計(jì)分器的實(shí)際功能，設(shè)計(jì)激勵(lì)信號(hào)為：先復(fù)位，使代碼初始化，然后重復(fù)按下10次player_A_point按鍵，模塊A選手贏得10分，然后重復(fù)按下10次player_B_point按鍵，模塊B選手贏得10分,最后再重復(fù)按下12次player_A_point按鍵，模塊A選手贏得12分。使A分?jǐn)?shù)可以達(dá)到21，以觀察得到21分后的信號(hào)變化，對(duì)應(yīng)的testebnch代碼如下：

六、仿真圖結(jié)果

使用上述testbench仿真，分別看計(jì)分模塊和數(shù)碼管顯示模塊。

1.計(jì)分模塊仿真

下圖為計(jì)分模塊的仿真圖

上圖中，reset信號(hào)為高電平后，score_A和score_B均為0，表示復(fù)位，分?jǐn)?shù)清零。

隨后player_A_point信號(hào)和player_B_point分別交替產(chǎn)生10個(gè)個(gè)高電平脈沖，AB對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)也由0依次變?yōu)?0。然后只有player_A_point信號(hào)繼續(xù)再來(lái)12個(gè)高電平脈沖。A的分?jǐn)?shù)繼續(xù)增長(zhǎng)達(dá)到21后，在來(lái)高電平脈沖分?jǐn)?shù)不再增加。并且在A分?jǐn)?shù)為21后，win_LED_A拉高，表示A獲勝。并且一直持續(xù)了5秒后自動(dòng)清零。從上面兩個(gè)仿真圖可以看到計(jì)分模塊實(shí)現(xiàn)了模塊對(duì)應(yīng)功能，仿真正確。

2. 數(shù)碼管顯示模塊仿真

下圖中score_A、score_B是輸入的8位二進(jìn)制分?jǐn)?shù)，d2表示分?jǐn)?shù)A的十位，d2表示分?jǐn)?shù)B的個(gè)位，c2表示分?jǐn)?shù)score_B的十位，c1表示score_B的個(gè)位。圖中當(dāng)score_A為19時(shí)，對(duì)應(yīng)d2=1，d1=9，十位和個(gè)位均正確。

下圖中bit_sel依次產(chǎn)生低電平信號(hào)，選通對(duì)應(yīng)數(shù)碼管。當(dāng)數(shù)碼管顯示0時(shí)段選信號(hào)seg_sel等于十六進(jìn)制的C0。顯示1時(shí)為十六進(jìn)制F9。圖中當(dāng)score_A等于1、score_B等于0時(shí)，數(shù)碼管應(yīng)該顯示01,00，故對(duì)應(yīng)的編碼值為，C0，F(xiàn)9，C0，C0，與仿真圖一致。故數(shù)碼管顯示模塊仿真正確。

七、綜合即實(shí)現(xiàn)結(jié)果

對(duì)代碼進(jìn)行綜合實(shí)現(xiàn)，結(jié)果如下圖所示

資源消耗LUT為113，F(xiàn)F為104，IO為18，BUFG為1.

八、結(jié)論

本設(shè)計(jì)使用VHDL設(shè)計(jì)了羽毛球計(jì)分器，系統(tǒng)分為3個(gè)部分，分別為頂層模塊、計(jì)分模塊、顯示模塊。頂層模塊調(diào)用計(jì)分模塊和顯示模塊，用于將兩個(gè)模塊連接，使其組合到一起。經(jīng)過(guò)testbench仿真，計(jì)分模塊完成了根據(jù)按鍵控制對(duì)應(yīng)選手的分?jǐn)?shù)，并且需要控制獲勝后的led指示燈和獲勝后持續(xù)5秒后返回初始狀態(tài)。顯示模塊完成了將計(jì)分模塊的分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管顯示的內(nèi)容。最終仿真結(jié)果表明程序?qū)崿F(xiàn)了網(wǎng)球計(jì)分器的全部功能。

部分代碼展示:

LIBRARY?ieee;
???USE?ieee.std_logic_1164.all;
???USE?ieee.std_logic_unsigned.all;
--Scoring?module
ENTITY?badminton_score?IS
???PORT?(
??????clk?????????????:?IN?STD_LOGIC;
??????reset???????????:?IN?STD_LOGIC;--reset?
??????player_A_point??:?IN?STD_LOGIC;--player_A_point?key
??????player_B_point??:?IN?STD_LOGIC;--player_B_point?key
??????score_A?????????:?OUT?STD_LOGIC_VECTOR(7?DOWNTO?0);----A?score
??????score_B?????????:?OUT?STD_LOGIC_VECTOR(7?DOWNTO?0);----B?score
??????win_A_led???????:?OUT?STD_LOGIC;--A?win?LED
??????win_B_led???????:?OUT?STD_LOGIC--B?win?LED
???);
END?badminton_score;
ARCHITECTURE?behave?OF?badminton_score?IS
???
???SIGNAL?player_A_point_temp1?:?STD_LOGIC?:=?'0';
???SIGNAL?player_A_point_temp2?:?STD_LOGIC?:=?'0';
???
???SIGNAL?player_B_point_temp1?:?STD_LOGIC?:=?'0';
???SIGNAL?player_B_point_temp2?:?STD_LOGIC?:=?'0';
???
???SIGNAL?A_point_add??????????:?STD_LOGIC;
???SIGNAL?B_point_add??????????:?STD_LOGIC;
???
???SIGNAL?count????????????????:?STD_LOGIC_VECTOR(15?DOWNTO?0)?:=?"0000000000000000";
???
???SIGNAL?score_A_temp????????:?STD_LOGIC_VECTOR(7?DOWNTO?0);
???SIGNAL?score_B_temp????????:?STD_LOGIC_VECTOR(7?DOWNTO?0);
???
???SIGNAL?A_win_flag??????????:?STD_LOGIC:='0';
???SIGNAL?B_win_flag??????????:?STD_LOGIC:='0';
BEGIN
???score_A?<=?score_A_temp;--Output?score?A
???score_B?<=?score_B_temp;--Output?score?B
???
???--D?trigger?to?synchronization?of?player_A_point
???PROCESS?(clk)
???BEGIN
??????IF?(clk'EVENT?AND?clk?=?'1')?THEN
?????????player_A_point_temp1?<=?player_A_point;
?????????player_A_point_temp2?<=?player_A_point_temp1;
??????END?IF;
???END?PROCESS;
???
???--D?trigger?to?synchronization?of?player_B_point
???PROCESS?(clk)
???BEGIN
??????IF?(clk'EVENT?AND?clk?=?'1')?THEN
?????????player_B_point_temp1?<=?player_B_point;
?????????player_B_point_temp2?<=?player_B_point_temp1;
??????END?IF;
???END?PROCESS;
???
???A_point_add?<=?player_A_point_temp1?AND?(NOT(player_A_point_temp2));--Rising?edge?of?key?A
???B_point_add?<=?player_B_point_temp1?AND?(NOT(player_B_point_temp2));--Rising?edge?of?key?B
??
???--Time?5?seconds
???PROCESS?(clk)
???BEGIN
??????IF?(clk'EVENT?AND?clk?=?'1')?THEN
?????????IF?(reset?=?'1')?THEN--reset
????????????count?<=?"0000000000000000";
?????????ELSIF?(A_win_flag?=?'1'?OR?B_win_flag?=?'1')?THEN--win?flag?for?A?or?B
????????????count?<=?count?+?"0000000000000001";--count?to?5?seconds
?????????ELSE
????????????count?<=?"0000000000000000";
?????????END?IF;
??????END?IF;
???END?PROCESS;
???
???--Control?A's?score
???PROCESS?(clk)
???BEGIN
??????IF?(clk'EVENT?AND?clk?=?'1')?THEN
?????????IF?(reset?=?'1')?THEN
????????????score_A_temp?<=?"00000000";
????????????A_win_flag<='0';--clera?A?flag
?????????ELSIF?(count?=?"0001001110001000")?THEN--if?count=5000,clk?=1KHz?count?for?5000?means?5seconds
????????????score_A_temp?<=?"00000000";--reset?scoreA
????????????A_win_flag<='0';--clera?A?flag
?????????ELSIF?(score_A_temp?>=?"00010101"??and?(score_A_temp-score_B_temp)>="00000010"?and?(score_A_temp>score_B_temp))?THEN--when?score?is?more?then?21?and?bigger?then?2
???????????????score_A_temp?<=?score_A_temp;--21
???????????????A_win_flag<='1';--A?win?flag
?????????ELSIF?(A_point_add?=?'1')?THEN--add?key
--????????????IF?(score_A_temp?>=?"00010101"??and?(score_A_temp-score_B_temp)>="00000010"?and?(score_A_temp>score_B_temp))?THEN--when?score?is?more?then?21?and?bigger?then?2
--???????????????score_A_temp?<=?score_A_temp;--21
--???????????????A_win_flag<='1';--A?win?flag
--????????????ELSE
???????????????score_A_temp?<=?score_A_temp?+?"00000001";--increase?one?
--????????????END?IF;
?????????ELSE
????????????score_A_temp?<=?score_A_temp;--keep
?????????END?IF;
??????END?IF;
???END?PROCESS;
???
???--Control?B's?score
???PROCESS?(clk)
???BEGIN
??????IF?(clk'EVENT?AND?clk?=?'1')?THEN
?????????IF?(reset?=?'1')?THEN
????????????score_B_temp?<=?"00000000";
?????????????B_win_flag<='0';--clera?B?flag
?????????ELSIF?(count?=?"0001001110001000")?THEN--if?count=5000,clk?=1KHz?count?for?5000?means?5seconds
????????????score_B_temp?<=?"00000000";--reset?score?B
?????????????B_win_flag<='0';--clera?B?flag????????
?????????ELSIF?(score_B_temp?>=?"00010101"??and?(score_B_temp-score_A_temp)>="00000010"?and?(score_B_temp>score_A_temp))?THEN--when?score?is?more?then?21?and?bigger?then?2
????????????????score_B_temp?<=?score_B_temp;--when?21?keep?21
????????????????B_win_flag<='1';--B?win?flag
?????????ELSIF?(B_point_add?=?'1')?THEN--add?key
--????????????IF?(score_B_temp?>=?"00010101"??and?(score_B_temp-score_A_temp)>="00000010"?and?(score_B_temp>score_A_temp))?THEN--when?score?is?more?then?21?and?bigger?then?2
--???????????????score_B_temp?<=?score_B_temp;--when?21?keep?21
--???????????????B_win_flag<='1';--B?win?flag
--????????????ELSE
???????????????score_B_temp?<=?score_B_temp?+?"00000001";--increase?one?
--????????????END?IF;
?????????ELSE
????????????score_B_temp?<=?score_B_temp;--keep
?????????END?IF;
??????END?IF;
???END?PROCESS;

代碼文件及完整設(shè)計(jì)報(bào)告（付費(fèi)下載）：

點(diǎn)擊鏈接獲取代碼文件：http://www.hdlcode.com/index.php?m=home&c=View&a=index&aid=287