乒乓球游戏电路设计VHDLeda技术课程设计，使用quartusII、vivado、ISE等EDA工具均可

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VHDL

乒乓球游戏

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《基于 VHDL 的乒乓球游戏机设计》第 1 页共 23 页

1 引言

EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术是现代电子工程领域

的一门新技术。它提供了基于计算机和信息技术的电路系统设计方法。EDA技术的发张

和推广应用极大地推动了电子工业的发展。EDA技术就是以计算机为工具，在EDA软件平

台上，对以硬件描述语言VHDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件自动地完成逻辑编译，

逻辑化简，逻辑分割，逻辑综合及优化，逻辑布局布线，逻辑仿真，直至对于特定目标

芯片的适配编译，逻辑映射和编程下载等工作。设计者的工作仅限于利用软件的方式，

即利用硬件描述语言来完成对系统硬件功能的描述，在EDA工具的帮助下就可以得到最

后的设计结果

[1]

。近年来，集成电路制造技术的快速发展, 一方面促进了相应设计技术

的发展, 另一方面也对设计技术提出了更高的要求。当前集成电路设计, 面临着功能强、

性能好、规模大、成本低、设计周期短等一系列要求和挑战, 这些要求和挑战引起了集

成电路设计方法的全面革新。当今, 以行为设计为主要标志的新一代数字系统设计理论

已形成并得到发展。在集成电路的数字系统的系统级设计中, VHDL 硬件描述语言构造

的描述模型优化设计, 有利于高效利用设计空间, 实现设计结构的精确分析, 使芯片资源

得以充分利用。

1.1 课题的背景、目的

20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社

会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现

代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。而休闲时间越来越少的

人们越来越没太多的时间出去搞户外活动，于是众多电子游戏相应而出，成为大家的娱

乐节目。因此设计了这个两人的乒乓球游戏。而电子信息类产品的开发明显地出现了两

个特点：一是开发产品的复杂程度加深；二是开发产品的上市时限紧迫。而伴随着如上

两个特点的产生，相应的出现了设计上的两个问题。其一，在电子系统日趋数字化、复

杂化和大规模集成化的今天，电子厂商们越加迫切地追求电子产品的高功能、优品质、

低成本、微功耗和微小封装尺寸，从而使得电子设计日趋复杂。那么如何去完成这些高

复杂度的电子设计呢?其二，电子产品设计周期短和上市快是电子厂商们坚持不懈的追

求，那么面对日趋复杂的设计，又如何能够缩短开发时间呢？解决以上两个问题的唯一

途径是电子设计自动化（EDA）,即用计算机帮助设计人员完成繁琐的设计工作。

《基于 VHDL 的乒乓球游戏机设计》第 3 页共 23 页

2 开发工具简介

2.1EDA 技术

EDA

[2]

是电子设计自动化（Electronic Design Automation）缩写，是 90 年代初从

CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）和 CAE

（计算机辅助工程）的概念发展而来的。EDA 技术是以计算机为工具，根据硬件描述

语言 HDL（ Hardware Description language）完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、

化简、分割、综合及优化、布局布线、仿真以及对于特定目标芯片的适配编译和编程下

载等工作。典型的 EDA 工具中必须包含两个特殊的软件包，即综合器和适配器。综合

器的功能就是将设计者在 EDA 平台上完成的针对某个系统项目的 HDL、原理图或状态

图形描述，针对给定的硬件系统组件，进行编译、优化、转换和综合，最终获得我们欲

实现功能的描述文件。综合器在工作前，必须给定所要实现的硬件结构参数，它的功能

就是将软件描述与给定的硬件结构用一定的方式联系起来。也就是说，综合器是软件描

述与硬件实现的一座桥梁。综合过程就是将电路的高级语言描述转换低级的、可与目标

器件 FPGA/CPLD 相映射的网表文件。

　　硬件描述语言 HDL 是相对于一般的计算机软件语言，如：C、PASCAL 而言的。HDL

语言使用与设计硬件电子系统的计算机语言，它能描述电子系统的逻辑功能、电路结构

和连接方式。设计者可利用 HDL 程序来描述所希望的电路系统，规定器件结构特征和

电路的行为方式；然后利用综合器和适配器将此程序编程能控制 FPGA 和 CPLD 内部结

构，并实现相应逻辑功能的的门级或更底层的结构网表文件或下载文件。目前，就

FPGA/CPLD 开发来说，比较常用和流行的 HDL 主要有 ABEL-HDL、AHDL 和 VHDL。

2.2 硬件描述语言—VHDL

VHDL

[3]

的英文全名是 Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description

Language,诞生于 1982 年。1987 年底，VHDL 被 IEEE 和美国国防部确认为标准硬件描

述语言。自 IEEE 公布了 VHDL 的标准版本，IEEE-1076（简称 87 版)之后，各 EDA

公司相继推出了自己的 VHDL 设计环境，或宣布自己的设计工具可以和 VHDL 接口。

此后 VHDL 在电子设计领域得到了广泛的接受，并逐步取代了原有的非标准的硬件描述

语言。1993 年，IEEE 对 VHDL 进行了修订，从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展

VHDL 的内容，公布了新版本的 VHDL，即 IEEE 标准的 1076-1993 版本，（简称 93

版）。现在，VHDL 和 Verilog 作为 IEEE 的工业标准硬件描述语言，又得到众多 EDA

《基于 VHDL 的乒乓球游戏机设计》第 4 页共 23 页

公司的支持，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。有专家认为，在新

的世纪中，VHDL 与 Verilog 语言将承担起大部分的数字系统设计任务。

VHDL 主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件

特征的语句外，VHDL 的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语

言。VHDL 的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体

[4]

（可以是一个元件，一

个电路模块或一个系统）分成外部（或称可是部分,及端口)和内部（或称不可视部分），

既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其

内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分

的概念是 VHDL 系统设计的基本点。应用 VHDL 进行工程设计的优点是多方面的。

(1) 与其他的硬件描述语言相比，VHDL 具有更强的行为描述能力，从而决定了他

成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，

从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。

(2) VHDL 丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计

系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。

(3) VHDL 语句的行为描述能力和程序结构决定了他具有支持大规模设计的分解和

已有设计的再利用功能。符合市场需求的大规模系统高效，高速的完成必须有多人甚至

多个代发组共同并行工作才能实现。

(4)对于用 VHDL 完成的一个确定的设计，可以利用 EDA 工具进行逻辑综合和优化，

并自动的把 VHDL 描述设计转变成门级网表。

(5) VHDL 对设计的描述具有相对独立性，设计者可以不懂硬件的结构，也不必管

理最终设计实现的目标器件是什么，而进行独立的设计。

2.3 MAX+PLUSⅡ的介绍

Altera 公司的 MAX+PLUSⅡ

[5]

开发系统是一个完全集成化、易学易用的可编程逻辑

设计环境，它可以在多种平台上运用。它所提供的灵活性和高效性是无可比拟的。其丰

富的图形界面，辅之以完整的、可及时访问的在线文档，使学生能够轻松掌握和使用

MAX+PLUSⅡ软件。MAX+PLUSⅡ软件支持各种 HDL 设计输入选项，包括 VHDL、

VerilogHDL 和 Altera 自己的硬件描述语言 AHDL，它允许设计人员添加自己认为有价

值的宏函数。 MAX+PLUSⅡ 系统的核心 Compiler 支持 Altera 公司的 FLEX10K 、

FLEX8000、FLEX6 000、MAX9000、MAX7000、MAX5000 和 Classic 可编程逻辑器件

系列，提供了商业界唯一真正与结构无关的可编程逻辑设计环境。MAX+PLUSⅡ的编译

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版权申诉

2301_78172066

2024-01-15

感谢大佬，让我及时解决了当下的问题，解燃眉之急，必须支持！

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