乒乓球游戏机 FPGA 设计 Verilog Vivado_电路方案

名称：乒乓球游戏机 FPGA 设计 Verilog Vivado

软件：Vivado

语言：Verilog

功能介绍

本设计实现了一套基于 FPGA 的乒乓球游戏机，使用 Verilog HDL 在 Vivado 环境下完成逻辑设计。系统通过 LED 的依次点亮模拟乒乓球在双方之间移动，玩家通过两个按键完成发球、击球等交互操作，适合用于 FPGA 课程设计、数字逻辑综合设计和电子信息类毕业设计参考。

游戏规则围绕 11 分制乒乓球比赛展开。甲乙双方分别通过按键进行操作，当“球”移动到有效击球位置时，接球方按键可完成回击；如果提前击球或没有及时击中，则由对方得分。比分通过数码管进行显示，任意一方达到 11 分后可判定胜出，同时设计中包含获胜提示信号，可用于蜂鸣器提示。

系统还支持复位重新开局，便于反复演示和调试。整体功能覆盖按键输入、消抖处理、游戏状态控制、LED 球路显示、比分统计、数码管动态显示和提示输出，逻辑层次清晰，适合作为学习 FPGA 状态机设计、外设驱动和交互式小游戏实现的完整工程。

运行环境

开发语言：Verilog

开发软件：Vivado

主要工程文件：pingpang_game.xpr

约束文件：pins.xdc

顶层模块：pingpang_game

主要输入输出包括 50MHz 时钟、低电平复位、两路玩家按键、蜂鸣器提示、8 位 LED、数码管段选和位选信号。

设计思路

设计以 FPGA 为核心控制单元，将乒乓球游戏拆分为按键输入处理、游戏规则控制、LED 运动显示和比分显示几个部分。按键部分先经过消抖处理，避免机械按键抖动造成误触发；消抖后的按键信号再送入游戏控制逻辑，用于判断玩家是否在正确时机完成击球。

游戏控制模块负责维护球的移动方向、当前位置、得分状态和胜负提示。LED 用于模拟球台上的球路，通过灯光按方向移动来表现乒乓球从一方运动到另一方的过程。当球越过中间区域后，对应玩家需要在规定时机按键回击；若按键时机不符合规则，则由对方计分。该方式将抽象的比赛过程转换为可观察的硬件状态，便于在开发板上直接演示。

比分显示部分采用数码管输出，将双方分数分别显示出来。游戏控制模块输出 score_1 和 score_2 两组比分数据，显示模块负责完成数码管位选和段选控制，使玩家能够实时观察当前比分。顶层模块负责完成各子模块之间的连接，包括时钟、复位、按键、LED、蜂鸣器和数码管接口。

整体设计思路偏向模块化实现，按键消抖、游戏控制和显示输出相互独立，既方便单独调试，也便于后续扩展。例如可根据需要调整球速、修改胜利分值、增加发球权显示或扩展更多提示输出。

模块结构

工程主要由以下模块组成：

1. pingpang_game：顶层模块，连接时钟、复位、按键、蜂鸣器、LED 和数码管接口，完成各功能模块例化。

2. key_debounce：按键消抖模块，对玩家按键输入进行稳定化处理，并输出有效按键边沿信号。

3. game_ctrl：游戏控制模块，负责乒乓球移动逻辑、击球判断、得分统计、LED 显示控制和获胜提示输出。

4. display_num：数码管显示模块，根据双方比分生成数码管段选和位选信号。

5. pingpang_game_vlg_tst：测试相关文件，可用于工程仿真或逻辑验证参考。

开发板验证

本设计包含 Vivado 管脚约束文件 pins.xdc，并配套开发板实物及上板验证图片，可用于参考实际 FPGA 开发板连接方式。工程已生成实现结果和 bit 文件，接口覆盖时钟、复位、按键、LED、数码管和蜂鸣器等外设信号，适合在具备相应外设资源的 FPGA 开发板上进行下载演示。

开发板验证重点包括两路玩家按键输入、LED 球路显示、数码管比分显示以及蜂鸣提示输出。通过按键操作可以观察 LED 模拟球的移动方向和击球反馈，比分变化可在数码管上显示，复位信号可用于重新开始一局游戏。

乒乓球游戏机 FPGA 设计 Verilog Vivado 开发板验证图片开发板.jpg

乒乓球游戏机 FPGA 设计 Verilog Vivado 开发板验证图片上板验证 (2).jpg

乒乓球游戏机 FPGA 设计 Verilog Vivado 开发板验证图片上板验证 (1).jpg

仿真图/仿真说明/设计文档图片

设计文档包含乒乓球游戏机的研究背景、功能要求、设计方案和模块说明，内容围绕 FPGA 乒乓球游戏机的 11 分制计分、LED 模拟球路、按键击球、提前或未击中扣分、复位重新开局等功能展开。

工程中包含 Vivado 项目文件、Verilog 源码、约束文件、综合与实现结果，可作为仿真、综合、实现和上板调试的参考。

部分代码

以下展示顶层模块 pingpang_game 的部分代码，完整源码请下载压缩包查看。

module pingpang_game(
    input clk_in,//50MHz
    input reset_n,//低电平复位
    input button_1,//选手1 push low
    input button_2,//选手2 push low
	 output beep,//获胜提示
    output [7:0] led,//led,高电平亮 high light
	 output [7:0] lednum_select,//数码管段选
    output [3:0] bit_select//数码管位选
    );
wire button_posedge_1;
wire button_posedge_2;
//按键消抖模块
key_debounce i1_key_debounce(
     . clk(clk_in),
     . rst_p(1\'b0),
     . button_in(button_1),//输入
	  . button_neg(button_posedge_1)//消抖后按键下降沿
);

//按键消抖模块
key_debounce i2_key_debounce(
     . clk(clk_in),
     . rst_p(1\'b0),
     . button_in(button_2),//输入
	  . button_neg(button_posedge_2)//消抖后按键下降沿
);

wire [7:0] score_1;
wire [7:0] score_2; 
//游戏控制模块
game_ctrl i_game_ctrl(
    . clk_in(clk_in),
    . reset_p(~reset_n),//复位
    . led(led),//led,高电平亮 high light
	 . beep(beep),
    . button_posedge_1(button_posedge_1),//消抖后按键下降沿
    . button_posedge_2(button_posedge_2),//消抖后按键下降沿
    . score_1(score_1),//分数1
    . score_2(score_2)//分数2
    );

//数码管显示模块
display_num i_display_num(
. clk(clk_in),
. score_1(score_1),//分数1
. score_2(score_2),//分数2
. bit_select(bit_select),//数码管位选
. lednum_select(lednum_select)//数码管段选 
);


endmodule

乒乓球游戏机 FPGA 设计 Verilog Vivado