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
北京邮电大学电子工程学院
2012级数字电路与逻辑设计实验报告
点阵赛车游戏
班级：
学号：
班内序号：
姓名：
目录
任务要求3
系统设计4
设计思路4
设计框图4
分块介绍6
仿真波形6
VHDL源程序10
功能说明25
元器件清单25
故障及问题分析26
实验总结26
任务要求
题目六、点阵赛车游戏
基本要求：
1、用8×8点阵进行5秒倒计时显示，如下图所示。
2、当5秒倒计时结束后，点阵显示下图所示的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。
图中的红色表示赛道，黄色表示赛车的初始位置，箭头表示赛车行进的方向。
3、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（即图2中的绿色位置），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。
4、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。
5、通过按键BTN0进行复位，控制点阵返回到图1所示的初始状态。
提高要求：
1、有多种游戏赛道可选，5秒倒计时显示后赛道随机出现。
2、赛车的初始位置随机出现。
3、在赛车行进过程中，赛道中随机出现障碍物（用8×8点阵中的一个LED表示），通过BTN1～BTN3三个按键的控制躲避障碍物，走完全程。
若赛车碰到障碍物和赛道，则游戏失败。
系统设计
设计思路
程序采用自顶向下设计的思路，先将主程序启动，然后依次启动子程序，主程序为点阵倒计时部分，子程序包括数码管显示部分、点阵赛道显示部分、赛车移动部分、逻辑判断部分。
设计框图
系统结构图
点阵
数码管显示
red
green
时间计数器
控制电路
按键
分频器
Clk2
Clk1
reset
cp
ASM图
分块说明
（1）输入部分：
设计方案中有七个输入端，时钟信号输入clk接外部时钟，为计数器提供有效的时钟边沿进行计数；复位信号输入reset为低电平有效，当reset=0时，计数器复位到初始状态“000”，同时赛道恢复最初状态，当reset=1时，计数器正常计数；启动信号输入start为高电平有效，当start=1时，倒计时部分启动。
另有四个输入端控制赛车移动，分别对应左移、右移、前进、后退。
（2）处理部分：
设计方案中此部分包含2个模块：
逻辑判断模块：
判断代表赛车的点所在的行与列是否在赛道范围内，如不在则输出失败信号，如在赛道内进行下一步判断。
按键扫频模块：
通过分频器调整一个时钟信号，对赛车移动的控制按键进行判断，是否移动赛车。
（3）输出部分：
由译码电路，数码管根据a-g以及cat1-cat6的输出显示数字图形，点阵根据row0-7，cul（r）0-7,cul（g）0-7的输出显示赛道及赛车，利用人眼的视觉延缓效应，当时钟信号clk的频率>50Hz，实验中取100Hz以上较佳，但同时不可过大，最大到1-2kHz，就可看到预期实验结果。
仿真波形
倒计时“5”
倒计时“4”：
倒计时“3”：
倒计时“2”：
倒计时“1”：
固定赛道：
数码管计时：
左移，圈出来的表示赛车位置，可见向左移动了一格：
前进：
右移：
成功，显示红色的V：
失败，显示红色的X：
VHDL源程序
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
useieee.std_logic_unsigned.all;
ENTITYcarIS
PORT（
clk:
INSTD_LOGIC;--pin18
start,reset:
INSTD_LOGIC;--BTN
l,r,f,b:
INSTD_LOGIC;--BTN
ashow:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（23DOWNTO0）;--row7-row0cul0-cul7（r）cul0-cul7（g）点阵显示
nstate:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0）;--cat5-cat0数码管状态
nshow:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0））;--abcdefgp数码管显示
ENDcar;
ARCHITECTUREmainofcarIS
signalcnt:
integerrange0to25000;
signalcnt1:
integerrange0to25000000;
signalcnt2:
integerrange0to5000000;
signalclk_tmp:
std_logic;
signalclk_tmp1:
std_logic;
signaltclk:
std_logic;
signalclk_tmp2:
std_logic;
signalrow:
std_logic_vector（7downto0）;
signalcul:
std_logic_vector（15downto0）;
signalaclk:
std_logic;
signaluseclk:
std_logic;
sharedvariabletend:
integerrange0to1;
signaltostart:
std_logic;
sharedvariablesai:
integerrange1to3;
sharedvariablelab:
integerrange-1to1;
sharedvariablerrr:
integerrange0to3000;
sharedvariablerr:
integerrange0to3000;
signalpreset:
std_logic;--逻辑判断模块重置
signalareset:
std_logic;--点阵模块重置
signalnreset:
std_logic;--数码管重置
signaltreset:
std_logic;--计时器重置
signalpwork:
std_logic;--逻辑判断模块工作
signalawork:
std_logic;--点阵工作
signalnwork:
std_logic;--数码管工作
signaltwork:
std_logic;--计时器工作
signalworked:
std_logic;
signalvic:
std_logic;--成功
signalfal:
std_logic;--失败
typenstisarray（0to9）ofstd_logic_vector（7downto0）;
signalnshowed:
nst;
sharedvariableashan:
integerrange0to9;
sharedvariableshan:
integerrange0to4;
sharedvariableaashan:
integerrange0to7;
sharedvariableaa1shan:
integerrange0to3;
sharedvariablea1shan:
integerrange0to9;
sharedvariablex:
integerrange-2to5;
sharedvariabley:
integerrange0to7;
sharedvariablettime4:
integerrange0to9;
sharedvariablettime3:
integerrange0to9;
sharedvariablettime2:
integerrange0to9;
sharedvariablettime1:
integerrange0to9;
sharedvariablettime:
integerrange0to9;
begin
nshowed
（1）<="01100000";
nshowed
（2）<="11011010";
nshowed（3）<="11110010";
nshowed（4）<="01100110";
nshowed（5）<="10110110";
nshowed（6）<="10111110";
nshowed（7）<="11100000";
nshowed（8）<="11111110";
nshowed（9）<="11110110";
nshowed（0）<="11111100";
ransaidao:
process（clk）
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
if（rrr=3000）then
rrr:
=0;
else
rrr:
=rrr+1;
endif;
if（rrr<=1000）then
sai:
=1;
elsif（rrr>1000andrrr<=2000）then
sai:
=2;
else
sai:
=3;
endif;
endif;
endprocess;
rancar:
process（clk）
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
if（rr=3000）then
rr:
=0;
else
rr:
=rr+1;
endif;
if（rr<=1000）then
lab:
=-1;
elsif（rr>1000andrr<=2000）then
lab:
=0;
else
lab:
=1;
endif;
endif;
endprocess;
tdiv:
process（clk,clk_tmp）--计时器分频
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
ifcnt=24999then
cnt<=0;
clk_tmp<=notclk_tmp;
else
cnt<=cnt+1;
endif;
endif;
tclk<=clk_tmp;
endprocess;
adiv:
process（clk,clk_tmp1）--点阵分频
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
ifcnt1=24999999then
cnt1<=0;
clk_tmp1<=notclk_tmp1;
else
cnt1<=cnt1+1;
endif;
endif;
aclk<=clk_tmp1;
endprocess;
usediv:
process（clk,clk_tmp2）--按键控制判断分频
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
ifcnt2=4999999then
cnt2<=0;
clk_tmp2<=notclk_tmp2;
else
cnt2<=cnt2+1;
endif;
endif;
useclk<=clk_tmp2;
endprocess;
control:
process（clk,reset,start）--控制器
begin
if（clk'eventandclk='1'）then
if（start='1'）then
tostart<='1';
endif;
if（reset='1'ortend=1）then
preset<='1';areset<='1';nreset<='1';treset<='1';tostart<='0';awork<='0';
else
preset<='0';areset<='0';nreset<='0';treset<='0';
if（tostart='1'）then
awork<='1';--启动点阵模块
endif;
endif;
endif;
endprocess;
a:
process（aclk,areset）--点阵工作模块
begin
if（areset='1'）then
aa1shan:
=0;
else
if（aclk'eventandaclk='1'）then
if（vic='1'orfal='1'）then
if（aa1shan<=2）then
aa1shan:
=aa1shan+1;
endif;
endif;
endif;
endif;
endprocess;
process（tclk,areset）
begin
if（areset='1'）then
a1shan:
=0;
else
if（tclk'eventandtclk='1'）then
if（a1shan=9）then
a1shan:
=0;
else
a1shan:
=a1shan+1;
endif;
endif;
endif;
endprocess;
process（aclk,awork,worked,areset）
begin
if（areset='1'）then
aashan:
=0;
else
if（aclk'eventandaclk='1'andawork='1'andworked='0'）then
if（aashan=7）then
aashan:
=0;
else
aashan:
=aashan+1;
endif;
endif;
endif;
endprocess;
process（tclk,areset）
begin
if（areset='1'）then
ashan:
=0;
else
if（tclk'eventandtclk='1'）then
if（ashan=9）then
ashan:
=0;
else
ashan:
=ashan+1;
endif;
endif;
endif;
endprocess;
process（clk,areset,awork）
begin
if（areset='1'）then
ashow<="000000000000000000000000";
tend:
=0;worked<='0';twork<='0';pwork<='0';
else
if（clk'eventandclk='1'）then
if（awork='1'）then
if（worked='0'）then
caseaashanis
when0=>
caseashanis
when1=>ashow<="111111111111111100000000";
when0=>ashow<="101111111111011100000000";
when2=>ashow<="110111111000010100000000";
when3=>ashow<="111011111000010100000000";
when4=>ashow<="111101111011010100000000";
when5=>ashow<="111110111001010100000000";
when6=>ashow<="111111011111011100000000";
when7=>ashow<="111111111111111100000000";
when8=>ashow<="111111111111111100000000";
when9=>ashow<="111111111111111100000000";
endcase;
when1=>
caseashanis
when1=>ashow<="111111111111111100000000";
when0=>ashow<="101111111111011100000000";
when2=>ashow<="110111111000010100000000";
when3=>ashow<="111011111000010100000000";
when4=>ashow<="111101111011010100000000";
when5=>ashow<="111110111001010100000000";
when6=>ashow<="111111011111011100000000";
when7=>ashow<="111111111111111100000000";
when8=>ashow<="111111111111111100000000";
when9=>ashow<="111111111111111100000000";
endcase;
when2=>
caseashanis
when1=>ashow<="011111110011110000000000";
when0=>ashow<="101111110010000000000000";
when2=>ashow<="110111110010000000000000";
when3=>ashow<="111011110011110000000000";
when4=>ashow<="111101110000010000000000";
when5=>ashow<="111110110000010000000000";
when6=>ashow<="111111010000010000000000";
when7=>ashow<="111111100011110000000000";
when8=>ashow<="111111111111111100000000";
when9=>ashow<="111111111111111100000000";
endcase;
when3=>
caseashanis
when1=>ashow<="011111110010010000000000";
when0=>ashow<="101111110010010000000000";
when2=>ashow<="110111110010010000000000";
when3=>ashow<="111011110011110000000000";
when4=>ashow<="111101110000010000000000";
when5=>ashow<="111110110000010000000000";
when6=>ashow<="111111010000010000000000";
when7=>ashow<="111111100000010000000000";
when8=>ashow<="111111111111111100000000";
when9=>ashow<="111111111111111100000000";
endcase;
when4=>
caseashanis
when1=>ashow<="011111110011110000000000";
when0=>ashow<="101111110000010000000000";
when2=>ashow<="110111110000010000000000";
when3=>ashow<="111011110011110000000000";
when4=>ashow<="111101110000010000000000";
when5=>ashow<="111110110000010000000000";
when6=>ashow<="111111010000010000000000";
when7=>ashow<="111111100011110000000000";
when8=>ashow<="111111111111111100000000";
when9=>ashow<="111111111111111100000000";
endcase;
when5=>
caseashanis
when1=>ashow<="011111110011110000000000";
when0=>ashow<="101111110000010000000000";
when2=>ashow<="11011111000001000000000
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