電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)-拔河游戲機(jī)電路

1、短學(xué)期課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 拔河游戲機(jī)電路 院 系： 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 年 級(jí)： 2021級(jí) 組 號(hào)： 第11組 指導(dǎo)教師： 西 南 交 通 大 學(xué)2021年7月小組成員及內(nèi)容分工學(xué)號(hào)姓名年級(jí)2021專業(yè)班級(jí)物聯(lián)一班完成的主要內(nèi)容學(xué)號(hào)2021112245姓名陳偉年級(jí)2021專業(yè)班級(jí)物聯(lián)一班完成的主要內(nèi)容學(xué)號(hào)2021112245姓名陳偉年級(jí)2021專業(yè)班級(jí)物聯(lián)一班完成的主要內(nèi)容1.對(duì)電路的調(diào)試和更正2.完成PCB板的打孔3.完成元器件的焊接4.撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc457075195 一、緒論 PAGE

2、REF _Toc457075195 h 3 HYPERLINK l _Toc457075196 設(shè)計(jì)目的 PAGEREF _Toc457075196 h 3 HYPERLINK l _Toc457075197 1.2 設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc457075197 h 3 HYPERLINK l _Toc457075198 二、方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc457075198 h 3 HYPERLINK l _Toc457075199 概論設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc457075199 h 3 HYPERLINK l _Toc457075200 各子系統(tǒng)模塊 PAGEREF _To

3、c457075200 h 4 HYPERLINK l _Toc457075201 使用器件說明 PAGEREF _Toc457075201 h 5 HYPERLINK l _Toc457075202 三、詳細(xì)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc457075202 h 5 HYPERLINK l _Toc457075203 主程序 PAGEREF _Toc457075203 h 5 HYPERLINK l _Toc457075204 各功能與算法 PAGEREF _Toc457075204 h 6 HYPERLINK l _Toc457075205 引腳鎖定 PAGEREF _Toc457075205

4、 h 9 HYPERLINK l _Toc457075206 原理圖及PCB繪制 PAGEREF _Toc457075206 h 9 HYPERLINK l _Toc457075207 四、測(cè)試及使用說明 PAGEREF _Toc457075207 h 10 HYPERLINK l _Toc457075208 測(cè)試步驟 PAGEREF _Toc457075208 h 10 HYPERLINK l _Toc457075209 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 PAGEREF _Toc457075209 h 10 HYPERLINK l _Toc457075210 五、結(jié)論 PAGEREF _Toc457075210 h

5、 12 HYPERLINK l _Toc457075211 六、實(shí)習(xí)總結(jié) PAGEREF _Toc457075211 h 12 HYPERLINK l _Toc457075212 附錄 PAGEREF _Toc457075212 h 13 HYPERLINK l _Toc457075213 1、電路原理圖 PAGEREF _Toc457075213 h 13 HYPERLINK l _Toc457075214 2、PCB板圖 PAGEREF _Toc457075214 h 14 HYPERLINK l _Toc457075215 代碼 PAGEREF _Toc457075215 h 14 一、

6、緒論1.1設(shè)計(jì)目的通過設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易拔河比賽游戲機(jī)。a熟練掌握EDA軟件QUARTUSII的使用方法；b能利用EDA軟件QUARTUSII進(jìn)行一個(gè)電子技術(shù)綜合問題的設(shè)計(jì)；c掌握FPGA系統(tǒng)各種外圍接口的靈活運(yùn)用,培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的仿真及下載技能；d掌握按鍵分配、CLOCK調(diào)用、LED數(shù)碼管等外圍接口的VerilogHDL語言編程；e通過軟件編程和仿真理解并體會(huì)VHDL語言的常用編寫語言和語法規(guī)；f培養(yǎng)分析、尋找和排除電子電路中常見故障的能力1.2 設(shè)計(jì)要求1.設(shè)計(jì)一個(gè)模擬拔河游戲機(jī)比賽的邏輯電路。2.電路使用15個(gè)電平指示燈排成一排，開機(jī)后只有中間一個(gè)點(diǎn)亮，以此作為拔河的中心線。3.比賽雙方各持一個(gè)按鍵

7、，迅速不斷的按動(dòng)產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點(diǎn)向誰方向移動(dòng)。每按一次，亮點(diǎn)移動(dòng)一次。4.移動(dòng)到任何一方終端指示燈點(diǎn)亮，這一方得勝，此時(shí)雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)裁判按動(dòng)復(fù)位后，恢復(fù)到中心線。5.兩個(gè)數(shù)碼管顯示比分，在比賽結(jié)束時(shí)會(huì)有音樂播放，根據(jù)不同的獲勝方，會(huì)有不同的音樂播放。注：本拔河游戲設(shè)計(jì)為三局兩勝制，但必須比賽三局。二、方案設(shè)計(jì)2.1概論設(shè)計(jì)1由于拔河游戲機(jī)是通過按鍵輸入快慢來判斷勝負(fù)的，在按按鍵的同時(shí)由于按鍵自身機(jī)械原因會(huì)產(chǎn)生許多不必要的抖動(dòng)，這種抖動(dòng)會(huì)引起一系列不必要的誤差，所以我們?cè)谕婕?、2的輸入端都加上了消除按鍵抖動(dòng)的模塊，讓游戲更具有公平性。 2設(shè)計(jì)一個(gè)分頻器，用來比照賽

8、信號(hào)的輸出頻率進(jìn)行控制?？梢赃@樣理解：我要怎樣認(rèn)為參賽一方獲得了暫時(shí)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)呢，答案是我可以設(shè)計(jì)參賽方按鍵假設(shè)干次后才認(rèn)為亮點(diǎn)向它那方移動(dòng)一次。這樣可以更真實(shí)的反響比賽過程。這個(gè)設(shè)想我通過分頻器來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，老師給出的要求是領(lǐng)先按一次就認(rèn)為亮點(diǎn)移動(dòng)一次，我就可以直接把我的分頻器改為不變分頻，這樣只需在分頻程序里改動(dòng)一點(diǎn)數(shù)據(jù)即可，也容易做到。為了硬件驗(yàn)證的簡(jiǎn)單同時(shí)兼顧程序的可擴(kuò)展性，我這里的分頻器以三分頻來設(shè)計(jì)。即先設(shè)計(jì)一個(gè)三分頻器。 3設(shè)計(jì)一個(gè)四位16進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 4設(shè)計(jì)勝利次數(shù)統(tǒng)計(jì)和顯示的模塊。這一模塊由計(jì)數(shù)器和譯碼器兩個(gè)局部組成，其實(shí)就是之前我們做的七段數(shù)碼管顯示。該局部里的計(jì)數(shù)器的使能

9、端始終保持1，而把復(fù)位鍵作為勝利次數(shù)顯示的復(fù)位鍵。5子模塊設(shè)計(jì)完后進(jìn)行整體組合2.2各子系統(tǒng)模塊分頻模塊：分頻模塊將系統(tǒng)50MHz頻率進(jìn)行分頻，得到10kHz和25Hz的頻率，10kHz頻率用于數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描，25Hz的頻率用于對(duì)按鍵和復(fù)位的時(shí)序控制。控制模塊：控制模塊共有四個(gè)輸入，其中K1，K2代表兩個(gè)拔河的用戶，K3，K4分別用于游戲復(fù)位控制和分?jǐn)?shù)清零控制。LED燈模塊：此模塊由15個(gè)LED燈組成，代表拔河的繩子，開始時(shí)最中間的紅色LED燈亮，當(dāng)哪一方按鍵更快時(shí)就往哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。數(shù)碼管模塊：數(shù)碼管用于顯示比賽雙方的比分，復(fù)位后為0:0。音樂模塊：音樂模塊儲(chǔ)存了兩首歌，?粉刷匠?和?康定情

10、歌?，在某一方獲勝時(shí)會(huì)播放對(duì)應(yīng)的歌曲。消抖模塊：用于對(duì)按鍵的消抖。2.3使用器件說明15個(gè)LED燈，一個(gè)兩位數(shù)碼管，一個(gè)三極管，一個(gè)蜂鳴器，四個(gè)開關(guān)，電阻假設(shè)干，F(xiàn)PGA板一塊。三、詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1主程序頂層通過對(duì)各個(gè)子模塊的調(diào)用，構(gòu)成一個(gè)完整功能的電路。module baheyouxiji(k1, k2, rst, nrst,_50MHz,led,segout,wx,beep);input _50MHz,k1,k2,rst,nrst;output14:0 led;output 1:0 wx;output6:0 segout;output beep;wire _25HzOut,_10000HzO

11、ut,key1,key2;wire1:0 left,right;wire3:0 q;fpq(_10000HzOut,_25HzOut,_50MHz);/調(diào)用分頻模塊xiaodou(k1, k2, _25HzOut,key1,key2);/調(diào)用消抖模塊bahe(k1, k2, rst, nrst, _25HzOut, q, left, right);/調(diào)用控制模塊led(q,_25HzOut, led);/調(diào)用LED燈顯示模塊shumaguan(left, right, _10000HzOut, segout, wx);/調(diào)用數(shù)碼管顯示模塊yinyue (_50MHz,left,right,be

12、ep);/ 調(diào)用音樂播放模塊endmodule3.2各功能與算法a.控制模塊代碼見附錄輸入拔河雙方的按鍵k1,k2、游戲復(fù)位rst和分?jǐn)?shù)復(fù)位nrst以及25Hz的時(shí)鐘信號(hào)，輸出Q，左邊分?jǐn)?shù)left和右邊分?jǐn)?shù)rightb.LED燈顯示模塊代碼見附錄用25Hz的頻率作為L(zhǎng)ED燈的時(shí)序控制。中間變量Q代表了燈左移或者右移了多少位置，運(yùn)用譯碼算法對(duì)Q進(jìn)行譯碼，得到LED燈的顯示。輸出15LED接到相應(yīng)的LED控制位上。c.數(shù)碼管模塊代碼見附錄輸入左邊分?jǐn)?shù)left和右邊分?jǐn)?shù)right，10kHz，輸出七段數(shù)碼管segout和位選信號(hào)wx。d.音樂模塊根據(jù)各個(gè)音調(diào)對(duì)應(yīng)的頻率，將簡(jiǎn)譜轉(zhuǎn)化為為相應(yīng)的頻率就可以

13、輸出音樂了。State代表的是有多少個(gè)音符以四分符為單位一。輸入系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，左邊比分left和右邊比分right。當(dāng)左邊分?jǐn)?shù)加上右邊分?jǐn)?shù)為3時(shí)，音樂開始播放。e.分頻模塊分頻器設(shè)計(jì)的原理和思想其實(shí)就是一個(gè)計(jì)數(shù)器，只是把進(jìn)位端作為分頻輸出端，而把其他不需要的端口設(shè)計(jì)省略。計(jì)數(shù)周期由程序內(nèi)預(yù)置的計(jì)數(shù)上限來自由控制。f.消抖模塊消抖模塊的設(shè)計(jì)主要是為了處理由于按鍵自身的條件在按下或者是松開時(shí)會(huì)產(chǎn)生的抖動(dòng)而設(shè)計(jì)的，這樣可以讓游戲更公平合理。經(jīng)查閱資料得，每當(dāng)人按下或者松開按鍵時(shí)，程序中每次下降沿都會(huì)產(chǎn)生一次檢測(cè)，如果連續(xù)兩次都檢測(cè)到按鍵已被按下，那么確定該按鍵按下有效，產(chǎn)生一個(gè)輸出波形，供應(yīng)后面模塊

14、使用。3.3引腳鎖定3.4原理圖及PCB繪制a.原理圖繪制在繪制原理中發(fā)現(xiàn)芯片有多個(gè)GND引腳，在詢問老師之后，明白了最好是將它們接在一起。其中芯片的VP引腳，一開始也搞不懂是什么。在老師的講解下，明白了是板子電源的輸入端，并且推薦使用9V。的繪制遵照著教程進(jìn)行元件的導(dǎo)入、元件位置確實(shí)定以及交互式排線。因?yàn)殚_始的時(shí)候，原理圖并沒有完全確定，所以元件是分批次導(dǎo)入的。第一次導(dǎo)入了90%以上的元器件，最后修改的芯片以及電源通過再次更新進(jìn)入PCB幅員。慮的因素有很多。比方整塊電路板的供電與散熱，比方銅線的長(zhǎng)短與粗細(xì)，再比方布線的美觀等等。首要的任務(wù)就是布線一定要正確，該聯(lián)通的要聯(lián)通，其次，要盡量美觀，

15、走線盡量是水平和豎直的，也是為了能更好地布線，防止斜著布線時(shí)走線過于混亂，最終出現(xiàn)布線不通的情況。由于是第一次進(jìn)行布線，再加上時(shí)間比擬緊急，所以布線的時(shí)候，沒有特別注意美觀這一層面的要求，主要是考慮了布線的正確性以及聯(lián)通性。為了符合實(shí)驗(yàn)室制作板子的要求，將信號(hào)線寬設(shè)置為0.8mm，而焊盤內(nèi)徑設(shè)置為0.8mm或者1.0mm。四、測(cè)試及使用說明4.1測(cè)試步驟在quartus上進(jìn)行仿真測(cè)試，測(cè)試各個(gè)模塊對(duì)應(yīng)功能的是否能夠?qū)崿F(xiàn)。b.在quartus上編譯通過后鎖定引腳，下載到開發(fā)板上，測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)的完整性。4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果在quartus上進(jìn)行仿真測(cè)試后，下載到開發(fā)板上進(jìn)行驗(yàn)證。并得到了預(yù)期的結(jié)果。測(cè)試

16、結(jié)果如下列圖：五、結(jié)論各個(gè)模塊工作正常，將模塊整合后，整個(gè)系統(tǒng)也能夠正常的工作，測(cè)試結(jié)果符合設(shè)計(jì)的要求。六、實(shí)習(xí)總結(jié)經(jīng)過本次實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，讓我對(duì)一個(gè)電子產(chǎn)品從功能要求，邏輯設(shè)計(jì)，電路原理圖設(shè)計(jì)，PCB設(shè)計(jì)，電路焊接，電路調(diào)試的全過程有了一個(gè)清晰的把握與認(rèn)識(shí)。這次實(shí)習(xí)讓我清楚了一個(gè)完整的器件，從功能的提出、功能的設(shè)計(jì)、功能的調(diào)試，最后轉(zhuǎn)化為實(shí)際的東西。而不僅僅是書上的一些圖片。同時(shí)也讓我對(duì)數(shù)字電路有了更加深刻的理解，以前不太明白的時(shí)序，以及對(duì)軟件的不熟悉在這次實(shí)習(xí)中都得到了極大的提升。也發(fā)現(xiàn)自己在動(dòng)手能力方面的缺乏，比方在焊接的時(shí)候，總是焊得不理想，不容易到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的要求。這方面還需要提升。附錄1、

17、電路原理圖2、PCB板圖3.verilog代碼拔河模塊module bahe(k1, k2, rst, nrst, _25H, q, left, right);input k1; /input k2; /input rst; /?o?ao?1input nrst; /?1input _25H; /output 3:0 q; /?o?led?o?o?3?output 1:0 left; /?oyoy?11o?3?output 1:0 right; /?oyoy?11o?3?reg 3:0q; reg n;reg 1:0left,right; /reg?always (negedge rst or

18、 posedge _25H or negedge nrst) begin if(rst) begin q=7;n=1;end /q,led?D|? no1?1?a else if(nrst) begin left=0;right=0;end /? else if(n) /?D?o1?1o?a? begin if(left+right)=3) n=0; else begin case(k1,k2) / ?1?| 2b01: q=q+1; / led? 2b10: q=q-1; / led? default: q=q; / ?3? endcase / case(q) 4b0000:begin n=

19、0;left=left+1;end /?+1?no1?11? 4b1110:begin n=0;right=right+1;end /?+1?no1?11? default:n=n; /?3? endcase end end endendmodule拔河燈顯示module led(q, _25HzOut, led);input 3:0 q;input _25HzOut;output 14:0 led; reg 14:0 led; always(posedge _25HzOut) case(q) 4d0:led=15b000000000000001; 4d1:led=15b00000000000

20、0010; 4d2:led=15b000000000000100; 4d3:led=15b000000000001000; 4d4:led=15b000000000010000; 4d5:led=15b000000000100000; 4d6:led=15b000000001000000; 4d7:led=15b000000010000000; / 中點(diǎn) 4d8:led=15b000000100000000; 4d9:led=15b000001000000000; default:led=led; endcaseendmodule比賽分?jǐn)?shù)顯示模塊module shumaguan(left, r

21、ight, _10000H, segout, wx);input 1:0 left;input 1:0 right;input _10000H;output 6:0 segout; /y?1?3?output 1:0 wx; reg 1:0 wx; reg7:0 count; reg 6:0 segout; reg 1:0 seg_in; always(posedge _10000H) if(count=3) count=0; else begin case(count) 2b00:begin seg_in=left;wx=2b01;count=count+1;end 2b10:begin s

22、eg_in=right;wx=2b10;count=count+1;end default:count=count+1; endcase endalways(seg_in) case(seg_in) /g f e d c b a/ 2d0:segout=7b0111111; /0 2d1:segout=7b0000110; /1 2d2:segout=7b1011011; /2 2d3:segout=7b1001111; /3 default:segout=segout; endcase endmodule消抖模塊module xiaodou(key1, key2, _25H,k1, k2);

23、input key1; / 按鍵1input key2; / 按鍵2input _25H; /脈沖25Hzoutput k1;output k2;assign k1=(a1|a2|a3); /assign k2=(b1|b2|b3); / 采用3個(gè)或門消抖reg a1,a2,a3,b1,b2,b3;always (posedge _25H)begin a1=key1;a2=a1;a3=a2; b1=key2;b2=b1;b3=b2;endendmodule音樂播放模塊module yinyue (sys_clk,left,right,beep); input sys_clk; /?3?48MH

24、z input 1:0left; input 1:0right; output beep; /?3? reg beep_r; /? reg 7:0 state1; reg 7:0 state2; /? reg 15:0 count; reg 15:0 count_end; reg 23:0 count1; /?2?y:D=F/2K parameter L_5 = 16d63775, /?5 L_6 = 16d56818, /?6 M_1 = 16d47801, /?D?1 M_2 = 16d42589, /?D?2 M_3 = 16d37936, /?D?3 M_5 = 16d31887, /

25、?D?5 M_6 = 16d28409, M_7 = 16d25303, /?D?6 H_1 = 16d23900, H_2 = 16d21276, H_3 = 16d18968, H_4 = 16d17895, H_5 = 16d15943, H_6 = 16d14204, H_7 = 16d12709; /?1 parameter TIME = 12000000; /?3?(250ms) assign beep = beep_r; /?3?/* ?3?o?* 1|?o?y?*/always(posedge sys_clk)beginif(left+right)=3)begin count

26、= count + 1b1; /?y?1 if(count = count_end) begin count = 16h0; /?y? beep_r = !beep_r; /?3? end endend/* ?3?o?* 1|?o2?y2?3?*/always (posedge sys_clk)beginif(left+right)=3)begin if(count1 right) begin count1 = 24d0; if(state1 = 8d147)state1= 8d0; elsestate1= state1+ 1b1; case(state1) 8d0,8d1: count_en

27、d = L_5; 8d2,8d3,8d4,8d5,8d6,8d7,8d8: count_end = M_1 ; 8d9,8d10: count_end = M_3; 8d11,8d12,8d13,8d14: count_end = M_2; 8d15: count_end = M_1; 8d16,8d17: count_end = M_2; 8d18,8d19: count_end = M_3; 8d20,8d21,8d22,8d23,8d24: count_end = M_1; 8d25,8d26: count_end = M_3; 8d27,8d28: count_end = M_5; 8

28、d29,8d30,8d31,8d32,8d33: count_end = M_6; 8d34,8d35,8d36,8d37,8d38: count_end = M_6; 8d39,8d40,8d41,8d42: count_end = M_5; 8d43,8d44,8d45: count_end = M_3; 8d46,8d47: count_end = M_1; 8d48,8d49,8d50,8d51: count_end = M_2; 8d52: count_end = M_1; 8d53,8d54: count_end = M_2; 8d55,8d56: count_end = M_3;

29、 8d57,8d58,8d59,8d60: count_end = M_1; 8d61,8d62,8d63: count_end = L_6; 8d64,8d65: count_end = M_5; 8d66,8d67,8d68,8d69: count_end = M_1; 8d70,8d71,8d72,8d73: count_end = M_1; 8d74,8d75: count_end = M_6; 8d76,8d77,8d78,8d79: count_end = M_5; 8d80,8d81,8d82: count_end = M_3; 8d83,8d84: count_end = M_

30、1; 8d85,8d86,8d87,8d88: count_end = M_2; 8d89: count_end = M_1; 8d90,8d91: count_end = M_2; 8d92,8d93: count_end = M_6; 8d94,8d95,8d96,8d97: count_end = M_5; 8d98,8d99,8d100: count_end = M_3; 8d101,8d102: count_end = M_5; 8d103,8d104,8d105,8d106: count_end = M_6; 8d107,8d108,8d109,8d110: count_end =

31、 M_6; 8d111,8d112: count_end = H_1; 8d113,8d114,8d115,8d116: count_end = M_5; 8d117,8d118,8d119: count_end = M_3; 8d120,8d121: count_end = M_1; 8d122,8d123,8d124,8d125: count_end = M_2; 8d126: count_end = M_1; 8d127,8d128: count_end = M_2; 8d129,8d130: count_end = M_3; 8d131,8d132,8d133,8d134: count

32、_end = M_1; 8d135,8d136,8d137: count_end = L_6; 8d138,8d139: count_end = M_5; 8d140,8d141,8d142,8d143: count_end = M_1; 8d144,8d145,8d146,8d147: count_end = M_1; default: count_end = 16h0; endcase end else if(leftright) begin count1= 24d0; if(state2 = 8d139) state2= 8d0; else state2= state2+ 2b1; ca

33、se (state2) 8d0,8d1,8d2,8d3: count_end =M_3; 8d4,8d5,8d6: count_end =M_5;/中音5,3個(gè)節(jié)拍 8d7: count_end =M_6;/中音6 8d8,8d9,8d10: count_end =H_1;/高音1，3個(gè)節(jié)拍 8d11:count_end =H_2; /高音2 8d12:count_end =M_6; /中音6 8d13:count_end =H_1; /高音1 8d14,8d15:count_end =M_5; /中音5 8d16,8d17,8d18: count_end =H_5;/高音5 8d19:cou

34、nt_end =H_1; /倍高音1 8d20:count_end =H_6; /高音6 8d21:count_end =H_5;/高音5 8d22:count_end =H_3;/高音3 8d23:count_end =H_5;/高音5 8d24,8d25,8d26,8d27,8d28,8d29,8d30,8d31,8d32,8d33,8d34:count_end =H_2; /高音2 8d35:count_end =H_3;/高音3 8d36 ,8d37:count_end =M_7; /中音7 8d38,8d39:count_end =M_6;/中音6 8d40,8d41,8d42:co

35、unt_end =M_5; /中音5 8d43:count_end =M_6;/中音6 8d44,8d45:count_end =H_1;/高音1 8d52:count_end =M_6;/中音6 8d53:count_end =M_5;/中音5 8d54:count_end =M_5; /中音6 8d55:count_end =H_1;/高音1 8d56,8d57,8d58,8d59,8d60,8d61,8d62,8d63:count_end =M_5;/中音5 8d64,8d65, 8d66:count_end =H_3;/高音3 8d67:count_end =H_5;/高音5 8d68,8d69:count_end =M_7;/中