北邮数电综合实验报告.docx
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北邮数电综合实验报告
北邮数电综合实验报告
点阵赛车游戏
学院：
信息与通信工程学院
专业：
通信工程
班级：
姓名：
学号：
班内序号：
一、设计课题的任务要求
用8×8点阵进行5秒倒计时显示，当5秒倒计时结束后，点阵显示赛道和赛车的初始位置，赛车游戏开始，并开始计时，用两个数码管显示时间。
用红色表示赛道，黄色表示赛车的初始位置，箭头表示赛车行进的方向。
用BTN1～BTN3三个按键分别控制赛车的左移、前进、右移，最终使赛车在不碰撞赛道的情况下走完全程，游戏结束，点阵显示“V”图案，数码管显示走完全程所耗费的时间。
当游戏时间超过59秒，或者赛车在行进过程中碰撞赛道，游戏失败，点阵显示“X”图案。
通过按键BTN0进行复位，控制点阵返回到初始状态。
二、系统设计
1、设计思路
这个过程乍一看蛮复杂的，但是当我经过仔细分析后发现，我的代码可以按照这个游戏的运行过程来写。
这个游戏分为4个状态，即倒计时，运行，成功和失败。
倒计时部分根据不同数字在点阵上的位置很容易设计出来，运行部分便是初始化赛道，赛车的位置，然后用按键来控制赛车运动，在这个过程中要不断判断赛车是否撞墙和到达终点，如果到达终点便进入第三个状态，成功，即显示“V”；若果撞墙便进入第四个状态，失败，即显示“X”。
在游戏运行的同时数码管还要计时。
2、总体框图
（1）系统结构图
（2）ASM图
（3）状态转移图
RESET
RESET
RESET
到终点
撞墙
（4）功能模块图
3、模块设计
（1）分频模块
分频器：
因为原有低频时钟为50MHZ，如果直接用这个时钟信号同时实现计时和显示部分，故需两个分频器，分别将时钟频率分为1Hz和1kHz，1Hz用来控制倒计时和游戏运行过程中的计时，1kHz用来控制点阵和数码管的显示。
（2）游戏模块
刚开始的代码有一个判断是否复位的代码，如果RESET=1，将代码中定义的一些信号初始化，之后整个过程分为四个状态，即STATE可取0,1,2,3四个值。
0处于倒计时状态，1处于用按键控制赛车运动的状态，2处于到达终点的状态，并且显示“V”，3处于失败的状态，并且显示“X”。
当STATE=0时，游戏处于倒计时状态，倒计时五秒，利用五个数字在点阵上的不同位置初始化点阵，分别对应五个数字，在时钟1Hz下做倒计时五秒的工作。
当STATE=1时，处于用按键控制赛车运动的状态，此期间分别用BTN1，BTN2，BTN3来控制赛车的右，前，左的运动方向，运动期间还要不断判断赛车是否撞到墙或者障碍物，以及判断赛车是否到达终点，一次来确定游戏是否进入STATE=2或STATE=3状态。
当STATE=2时，要在点阵上显示“V”，即给点阵矩阵初始化显示此图形的数据。
当STATE=3时，要在点阵上显示“X”，即给点阵矩阵初始化显示此图形的数据。
（3）显示模块
因为所有状态不能同时显示，故循环显示电路分别扫描。
当时钟频率足够大时，根据视觉暂留则可看到较为稳定的画面。
点阵显示是在时钟频率1kHz下一行一行扫描，这样在不同时候就可以显示不同的图形，比如倒计时的5,4,3,2,1和赛道，赛车的位置；其次是数码管的显示，数码管首先有个控制计数的代码，此计数是在时钟频率1Hz下工作的，然后在时钟频率1kHz的控制下分别让两个数码管显示，此即为计时器的显示。
三、仿真波形及波形分析
倒计时波形
数码管显示及波形
点阵显示波形
四、源程序
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYCARIS
PORT（
CLK:
INSTD_LOGIC;--时钟信号
RESET:
INSTD_LOGIC;--复位输入
CONTROL:
INSTD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0）;--赛车控制
ROW:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;--行控制输出
COLR,COLG:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;--列控制输出
CAT:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0）;--数码管选通
DISPLAY:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（6DOWNTO0）—数码管显示
）;
ENDCAR;
ARCHITECTUREbehaveOFCARIS
SIGNALTEMP1:
INTEGERRANGE0TO49999;--分频信号
SIGNALTEMP2:
INTEGERRANGE0TO49999999;
SIGNALCLK1K:
STD_LOGIC;--频率1kHz时钟
SIGNALCLK1HZ:
STD_LOGIC;--频率1Hz时钟
SIGNALTIMEH:
INTEGERRANGE0TO5;--十位计数
SIGNALTIMEL:
INTEGERRANGE0TO9;--个位计数
SIGNALLIGHTH:
STD_LOGIC_VECTOR（6DOWNTO0）;--十位数码管控制信号
SIGNALLIGHTL:
STD_LOGIC_VECTOR（6DOWNTO0）;--个位数码管控制信号
TYPEPRESENT_STATEIS（H,L）;--自定义变量
SIGNALP_STATE:
PRESENT_STATE;
SIGNALSTATE:
INTEGERRANGE0TO3;--四个状态控制信号
SIGNALCOUNT:
INTEGERRANGE0TO6;--倒计时控制信号
SIGNALCX,CY:
INTEGERRANGE0TO7;--赛车坐标控制信号
SIGNALROWS:
STD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;--行控制信号
SIGNALCOLR7,COLR6,COLR5,COLR4,COLR3,COLR2,COLR1,COLR0,--列控制信号
COLG7,COLG6,COLG5,COLG4,COLG3,COLG2,COLG1,COLG0:
STD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;
BEGIN
DIV1K:
PROCESS（CLK）--分频1kHz
BEGIN
IFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN
IFTEMP1=49999THEN
TEMP1<=0;
ELSE
TEMP1<=TEMP1+1;
ENDIF;
IFTEMP1<25000THEN
CLK1K<='0';
ELSE
CLK1K<='1';
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
DIV1HZ:
PROCESS（CLK）--分频1Hz
BEGIN
IFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN
IFTEMP2=49999999THEN
TEMP2<=0;
ELSE
TEMP2<=TEMP2+1;
ENDIF;
IFTEMP2<25000000THEN
CLK1HZ<='0';
ELSE
CLK1HZ<='1';
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
GAMERUN:
PROCESS（CLK1HZ,RESET）--游戏运行进程
BEGIN
IFRESET='1'THEN--复位和初始化
STATE<=0;
COUNT<=6;
CX<=2;
CY<=0;
TIMEH<=0;
TIMEL<=0;
COLG7<="00000000";
COLG6<="00000000";
COLG5<="00000000";
COLG4<="00000000";
COLG3<="00000000";
COLG2<="00000000";
COLG1<="00000000";
COLG0<="00000000";
ELSIFCLK1HZ'EVENTANDCLK1HZ='1'THEN
CASESTATEIS
WHEN0=>
CASECOUNTIS--点阵倒计时
WHEN6=>COUNT<=5;
COLR7<="00000000";
COLR6<="00000000";
COLR5<="00000000";
COLR4<="00000000";
COLR3<="00000000";
COLR2<="00000000";
COLR1<="00000000";
COLR0<="00000000";
WHEN5=>COUNT<=4;
COLR7<="00111100";
COLR6<="00100000";
COLR5<="00100000";
COLR4<="00111100";
COLR3<="00000100";
COLR2<="00000100";
COLR1<="00000100";
COLR0<="00111100";
WHEN4=>COUNT<=3;
COLR7<="00100100";
COLR6<="00100100";
COLR5<="00100100";
COLR4<="00111100";
COLR3<="00000100";
COLR2<="00000100";
COLR1<="00000100";
COLR0<="00000100";
WHEN3=>COUNT<=2;
COLR7<="00111100";
COLR6<="00000100";
COLR5<="00000100";
COLR4<="00111100";
COLR3<="00000100";
COLR2<="00000100";
COLR1<="00000100";
COLR0<="00111100";
WHEN2=>COUNT<=1;
COLR7<="00111100";
COLR6<="00000100";
COLR5<="00000100";
COLR4<="00111100";
COLR3<="00100000";
COLR2<="00100000";
COLR1<="00100000";
COLR0<="00111100";
WHEN1=>COUNT<=0;
COLR7<="00001000";
COLR6<="00001000";
COLR5<="00001000";
COLR4<="00001000";
COLR3<="00001000";
COLR2<="00001000";
COLR1<="00001000";
COLR0<="00001000";
WHEN0=>COUNT<=6;
STATE<=1;
ENDCASE;
WHEN1=>
IFTIMEL=9THEN--数码管计时
TIMEL<=0;
IFTIMEH=5THEN
TIMEH<=0;
IFCY/=7THEN
STATE<=3;
ELSE
STATE<=2;
ENDIF;
ELSE
TIMEH<=TIMEH+1;
ENDIF;
ELSE
TIMEL<=TIMEL+1;
ENDIF;
COLG7<="00001110";--初始化赛道
COLG6<="00000000";
COLG5<="00000000";
COLG4<="00000000";
COLG3<="00000000";
COLG2<="00000000";
COLG1<="00000000";
COLG0<="00000000";
COLR7<="00011111";
COLR6<="00010001";
COLR5<="00010001";
COLR4<="00100010";
COLR3<="01000100";
COLR2<="10001000";
COLR1<="10001000";
COLR0<="10001000";
CASECYIS--赛车坐标
WHEN0=>COLG0（7-CX）<='1';
WHEN1=>COLG1（7-CX）<='1';
WHEN2=>COLG2（7-CX）<='1';
WHEN3=>COLG3（7-CX）<='1';
WHEN4=>COLG4（7-CX）<='1';
WHEN5=>COLG5（7-CX）<='1';
WHEN6=>COLG6（7-CX）<='1';
WHEN7=>COLG7（7-CX）<='1';
ENDCASE;
CASECONTROLIS--按键控制赛车
WHEN"100"=>CX<=CX-1;
WHEN"010"=>CY<=CY+1;
WHEN"001"=>CX<=CX+1;
WHENOTHERS=>NULL;
ENDCASE;
CASECYIS--判断移动后是否撞墙
WHEN0=>IFCOLR0（7-CX）='1'THENSTATE<=3;ELSECOLG0（7-CX）<='1';ENDIF;
WHEN1=>IFCOLR1（7-CX）='1'THENSTATE<=3;ELSECOLG1（7-CX）<='1';ENDIF;
WHEN2=>IFCOLR2（7-CX）='1'THENSTATE<=3;ELSECOLG2（7-CX）<='1';ENDIF;
WHEN3=>IFCOLR3（7-CX）='1'THENSTATE<=3;ELSECOLG3（7-CX）<='1';ENDIF;
WHEN4=>IFCOLR4（7-CX）='1'THENSTATE<=3;ELSECOLG4（7-CX）<='1';ENDIF;
WHEN5=>IFCOLR5（7-CX）='1'THENSTATE<=3;ELSECOLG5（7-CX）<='1';ENDIF;
WHEN6=>IFCOLR6（7-CX）='1'THENSTATE<=3;ELSECOLG6（7-CX）<='1';ENDIF;
WHEN7=>STATE<=2;
ENDCASE;
IFCY=7THENSTATE<=2;ENDIF;--判断移动后是否到达终点
WHEN2=>COLR7<="00000000";--到达终点后显示“V”
COLR6<="00000000";
COLR5<="00000000";
COLR4<="00000000";
COLR3<="00000000";
COLR2<="00000000";
COLR1<="00000000";
COLR0<="00000000";
COLG7<="00000000";
COLG6<="00000001";
COLG5<="10000010";
COLG4<="01000100";
COLG3<="00101000";
COLG2<="00010000";
COLG1<="00000000";
COLG0<="00000000";
WHEN3=>COLG7<="00000000";--撞墙后显示“X”
COLG6<="00000000";
COLG5<="00000000";
COLG4<="00000000";
COLG3<="00000000";
COLG2<="00000000";
COLG1<="00000000";
COLG0<="00000000";
COLR7<="00000000";
COLR6<="01000010";
COLR5<="00100100";
COLR4<="00011000";
COLR3<="00011000";
COLR2<="00100100";
COLR1<="01000010";
COLR0<="00000000";
ENDCASE;
ENDIF;
ENDPROCESS;
LSTSHOW:
PROCESS（CLK1K）--在点阵上显示倒计时、赛道、和赛车
BEGIN
IFCLK1K'EVENTANDCLK1K='1'THEN
CASEROWSIS
WHEN"11111110"=>COLR<=COLR0;COLG<=COLG0;ROW<=ROWS;ROWS<="11111101";
WHEN"11111101"=>COLR<=COLR1;COLG<=COLG1;ROW<=ROWS;ROWS<="11111011";
WHEN"11111011"=>COLR<=COLR2;COLG<=COLG2;ROW<=ROWS;ROWS<="11110111";
WHEN"11110111"=>COLR<=COLR3;COLG<=COLG3;ROW<=ROWS;ROWS<="11101111";
WHEN"11101111"=>COLR<=COLR4;COLG<=COLG4;ROW<=ROWS;ROWS<="11011111";
WHEN"11011111"=>COLR<=COLR5;COLG<=COLG5;ROW<=ROWS;ROWS<="10111111";
WHEN"10111111"=>COLR<=COLR6;COLG<=COLG6;ROW<=ROWS;ROWS<="01111111";
WHEN"01111111"=>COLR<=COLR7;COLG<=COLG7;ROW<=ROWS;ROWS<="11111110";
WHENOTHERS=>ROWS<="11111110";
ENDCASE;
ENDIF;
ENDPROCESS;
SHOWT:
PROCESS（CLK1K,TIMEH,TIMEL）--将计时译码至数码管上
BEGIN
CASETIMEHIS
WHEN5=>LIGHTH<="1011011";
WHEN4=>LIGHTH<="0110011";
WHEN3=>LIGHTH<="1111001";
WHEN2=>LIGHTH<="1101101";
WHEN1=>LIGHTH<="0110000";
WHEN0=>LIGHTH<="1111110";
WHENOTHERS=>LIGHTH<="0000000";
ENDCASE;
CASETIMELIS
WHEN9=>LIGHTL<="1111011";
WHEN8=>LIGHTL<="1111111";
WHEN7=>LIGHTL<="1110000";
WHEN6=>LIGHTL<="1011111";
WHEN5=>LIGHTL<="1011011";
WHEN4=>LIGHTL<="0110011";
WHEN3=>LIGHTL<="1111001";
WHEN2=>LIGHTL<="1101101";
WHEN1=>LIGHTL<="0110000";
WHEN0=>LIGHTL<="1111110";
WHENOTHERS=>LIGHTL<="0000000";
ENDCASE;
IFCLK1K'EVENTANDCLK1K='1'THEN--利用视觉暂留显示计时
CASEP_STATEIS
WHENL=>P_STATE<=H;
CAT<="111110";
DISPLAY<=LIGHTL;
WHENH=>P_STATE<=L;
CAT<
升级会员 