使用Verilog语言编写的投篮机模块.doc

投篮机设计实践实验目的：用数字电路设计语言编写代码，实现投篮机的基本功能实验仪器：硬件：康芯电子公司所生产的KX-7C5T00578型号开发板软件：Quartus功能介绍：1、初始化之后进入投球状态，开始计时2、计时采用倒计时，从60秒到03、投球中一次计数一次，不中不计数 4、计数累计，最多计数99次5、倒计时停止时同时停止投球计数实验流程：一、本设计实践采用verilog设计语言二、考虑到投篮机所需功能，本设计分为以下几个模块:1、核心控制模块负责整个系统的运行，产生整个系统的各模块控制信号2、输入控制模块负责采集输入的各种信号，并将输入信号滤波3、输出控制模块将计数值与计时值输出到LED数码管上4、计时模块初始化之后开始倒计时，每秒递减5、计数模块每次投中球，计数加一三、五个模块的具体完成过程：在上完理论课之后，我们对Verilog和VHDL语言有了初步的了解，老师告诉我们这门课的关键在于自己的动手实践，于是我们实验小组着手开始了投篮机的设计实践。首先通过查阅老师给的课件和网上的一些资料，熟悉了一下Quartusii的操作流程，并对两种硬件描述语言有了一个更深的了解，但同时也遇到很多不明白的地方，通过向老师的咨询，对投篮机模块有了一个感性的认识，并准备采用分解模块的方法，进行初步的实践。随后我们着手进行实现投篮机功能所需模块代码的编写。起初，我们简单的认为，投篮机无非就是一个计数模块，一个倒计时模块，因此我们只编写这两个模块的代码。如下：计数模块：module Counter99(LED, keytouch, clr); input keytouch, clr; output7:0 LED; reg7:0 LED; always(posedge keytouch or negedge clr) begin if(!clr) LED = 8h00; else if(LED3:0 = 4d9) begin LED3:0 = 4d0; if(LED7:4 = 9) LED7:4 = 4d0; else LED7:4 = LED7:4 + 1b1; end else LED3:0 = LED3:0 + 1b1; endendmodule计时模块：module BCD_cnt59(qout, clktouch, reset); output7:0 qout; reg7:0qout; input clktouch,reset; always(posedge clktouch or negedge reset ) begin if(!reset) qout = 0; else begin if(qout3:0 = 4d0) begin qout3:0 = 9; if(qout7:4 = 0) qout7:4 = 5; else qout7:4 = qout7:4 - 1b1; end else qout3:0 = qout3:0 - 1b1; end end endmodule通过在Quartusii上编译，运行，波形仿真，无误。波形图如下：图1 Counter99功能仿真波形图图2 BCD_59功能仿真波形图经过仔细观察开发板，发现KX-7C5T00578型号开发板只有三个数码管，其中有两个直接是BCD形式的，有一个是七段形式的，还少一个数码管，我们决定用LED灯来代替倒计时的十位数字，七段数码管显示倒计时的个位数字，另外两个数码管分别显示计数器的十位、个位。为此我们还需要编写译码器模块。经过几次改写，译码器代码编写成功如下：七段译码模块：module BCD1(in , LED); output4:0 LED; input3:0 in; reg4:0 LED; always(in) begin case(in) 4d0:LED = 5b00000; 4d1:LED = 5b10000; 4d2:LED = 5b11000; 4d3:LED = 5b11100; 4d4:LED = 5b11110; 4d5:LED = 5b11111 default:LED = 5bx; endcase end endmodule对LED灯的译码： module BCD2(in , LED); output6:0 LED; input3:0 in; reg6:0 LED; always(in) begin case(in) 4d0:LED = 7b1111110; 4d1:LED = 7b0110000; 4d2:LED = 7b1101101; 4d3:LED = 7b1111001; 4d4:LED = 7b0110011; 4d5:LED = 7b1011011; 4d6:LED = 7b1011111; 4d7:LED = 7b1110000; 4d8:LED = 7b1111111; 4d9:LED = 7b1111011; default:LED = 7bx; endcase end endmodule开发板系统时钟是20MHz ，而计数器采用的是按键触发，考虑到按键一下的平均时间是几个毫秒，所以我们需要把系统时钟分频到1KHz，所以这里就要用到分频模块和按键消抖模块。在老师的指导下，我们写出了这两个程序，如下：分频模块（20MHz1KHz）：module clk_div1(clk_20M , clk1k); input clk_20M; output clk1k; reg R_clk1k = 0; assign clk1k = R_clk1k ; reg 15:0 counter = 0; always ( posedge clk_20M ) begin if(counter = 19999) begin counter = counter + 1; end else begin counter = 0; end end always ( posedge clk_20M ) begin if(counter = 9999 ) begin R_clk1k = 1; end else begin R_clk1k = 0; end end endmodule 按键消抖模块：module sample(keyout, clk, keyin); input clk , keyin; output keyout; reg3:0 samp_count; reg keyout; initial samp_count = 4b0000; always (posedge clk) begin samp_count3:1 = samp_count2:0; samp_count0 = keyin; end always (posedge clk) if (samp_count = 4b1111) keyout = 1b1; else keyout = 1b0;endmodule经过这几个步骤，采用按键触发的计时器模块就能成功运行了。考虑到倒计时是每秒数值减一，我们还必须利用系统时钟产生秒信号。之前已经将20MHz时钟分频到1KHz，我们还需要继续分频，把1KHz时钟分频到1Hz，以产生秒时钟。程序如下：分频模块（1KHz1Hz）：module clk_div2(inclk , outclk); input inclk; output outclk; reg outclk; integer N = 1000; integer k; always (posedge inclk) begin if(k N/2) outclk = 1b1; else outclk = 1b0; k = k + 1; if(k = N) k = 0; endendmodule至此，我们把所有的代码编写完毕。我们将功能需