FPGA大学课程设计（24秒篮球倒计时）

简介：
本课程旨在通过设计一款24秒篮球比赛倒计时器，教授学生FPGA的基础知识和应用技巧，结合实际项目提升动手能力和逻辑思维。 篮球进攻24秒倒计时器系统由5CEBA4F23C7N FPGA现场可编程逻辑器件、按键模块、LED模块、数码管显示模块、时钟模块五部分组成。 ### 篮球进攻24秒倒计时器设计 #### 一、系统概述与设计方案 本项目旨在开发一个基于FPGA技术的篮球进攻24秒倒计时器，适用于大学课程或工程项目。该系统的控制核心是5CEBA4F23C7N型号的现场可编程门阵列芯片，能够实现高度灵活的数字逻辑设计。此外，系统还包括按键模块、LED模块、数码管显示模块和时钟模块等组成部分。 #### 二、系统组成及工作原理 **1. 系统组成** - **5CEBA4F23C7N FPGA芯片**：作为系统的控制中心，负责接收外部输入信号并进行逻辑处理。 - **按键模块**：用于用户交互，包括但不限于复位、暂停和回秒等功能。 - **LED模块**：用于显示特定状态。例如，在倒计时结束时所有LED灯会亮起。 - **数码管显示模块**：展示具体的倒计时间数值。 - **时钟模块**：提供稳定的50MHz基准时钟信号，用作系统内部的时序参考。 **2. 工作原理** - **初始化**：启动后，用户可以通过按键将数码管设置为初始值24秒，并且LED熄灭。 - **暂停与继续**：比赛中需要暂停（如球员轮换）的情况下，可以使用按键使倒计时停止。完成操作后再按一次按钮让倒计时恢复运行。 - **小数点显示**：当时间剩余8秒以下时，数码管会开始显示小数点后两位数字以提醒玩家注意时间紧迫性。 - **回秒功能**：进攻方投篮未中但抢到前场篮板的情况下可将倒计时重置为14秒，从而延长进攻机会。 - **倒计时结束**：当倒计时时钟归零，数码管外圈和LED灯全部点亮表示球权转换。 #### 三、程序设计与实现 **3. 程序设计** 该部分主要包括以下几个方面： - **时钟分频器**：使用50MHz的基准时钟信号生成10ms周期脉冲。 - **状态机设计**：涵盖系统的所有工作模式，如初始化、暂停/继续运行等不同操作逻辑。 - **显示控制**：管理数码管和LED的状态以确保清晰地传达当前状况给用户。 - **用户接口处理**：解析用户的按键输入，并相应调整系统的功能行为。 **4. 主程序流程图** - **复位状态**：初始化为24秒，所有LED熄灭。 - **正常运行**：根据时钟信号更新倒计时时长。 - **暂停模式**：此时停止时间计算。 - **回秒操作**：满足特定条件（如抢到前场篮板）后重置时间为14秒开始新的进攻周期。 - **结束状态**：当剩余时间归零，数码管和LED全亮表示比赛进入下一个阶段。 #### 四、Verilog HDL代码示例 以下是简化版的Verilog代码片段以展示倒计时器的基本逻辑实现： ```verilog module miao_24( input clk, rst, pause, button, input [3:0] data_tens, data_ones, output reg [6:0] seg_a, seg_b, seg_c, seg_d, seg_e, seg_f, output reg [9:0] led, output reg [3:0] tens, ones ); 定义时钟分频计数器 reg [25:0] cnt; 分频模块 always @(posedge clk or negedge rst) if (!rst) cnt <= 0; else cnt <= (cnt == 25d499_999) ? 0 : (cnt + 1); 主逻辑模块 always @(posedge clk or negedge rst) if (!rst) {tens, ones} <= h24; // 初始化为24秒 else if (pause == 1b1) tens <= tens; else begin 倒计时更新 if (cnt < 25d499_999) {tens, ones} <= {tens, ones}; else if (button == 1b1) // 回秒操作 {tens, ones} <= data_tens; else begin 更新倒计时值 tens <= tens - 1; end endmodule ```