北邮数电综合实验报告.docx

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88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BTN1BTN3三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） 系统结构图译码显示器分频器控制器计时器赛道及赛车CPRESETBTN1BTN2BTN3启动NY是否碰到边界边界是否到达终点边界显示“V”显示“”计时移动是否复位边界是否复位边界YNNYNYN(2)ASM图倒计时移动显示“V”显示“X”（3）状态转移图RESETRESETRESET到终点撞墙（4）功能模块图点阵显示显示存储器方向控制模块控制器分频器计时器数码管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点阵显示倒计时波形数码管显示及波形数码管显示01,02,03点阵行显示波形点阵列显示波形点阵显示波形四、源程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CAR IS PORT( CLK:IN STD_LOGIC; -时钟信号 RESET:IN STD_LOGIC;-复位输入 CONTROL:IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);-赛车控制 ROW:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);-行控制输出 COLR,COLG:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);-列控制输出 CAT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);-数码管选通 DISPLAY:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0)数码管显示);END CAR;ARCHITECTURE behave OF CAR ISSIGNAL TEMP1:INTEGER RANGE 0 TO 49999;-分频信号SIGNAL TEMP2:INTEGER RANGE 0 TO 49999999;SIGNAL CLK1K:STD_LOGIC;-频率1kHz时钟SIGNAL CLK1HZ:STD_LOGIC; -频率1Hz时钟SIGNAL TIMEH:INTEGER RANGE 0 TO 5;-十位计数 SIGNAL TIMEL:INTEGER RANGE 0 TO 9;-个位计数 SIGNAL LIGHTH:STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);-十位数码管控制信号SIGNAL LIGHTL:STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);-个位数码管控制信号TYPE PRESENT_STATE IS (H,L);-自定义变量SIGNAL P_STATE:PRESENT_STATE; SIGNAL STATE:INTEGER RANGE 0 TO 3;-四个状态控制信号 SIGNAL COUNT : INTEGER RANGE 0 TO 6;-倒计时控制信号 SIGNAL CX,CY:INTEGER RANGE 0 TO 7;-赛车坐标控制信号 SIGNAL ROWS:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);-行控制信号 SIGNAL COLR7,COLR6,COLR5,COLR4,COLR3,COLR2,COLR1,COLR0,-列控制信号 COLG7,COLG6,COLG5,COLG4,COLG3,COLG2,COLG1,COLG0:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINDIV1K:PROCESS(CLK) -分频1kHzBEGINIF CLKEVENT AND CLK = 1 THENIF TEMP1 = 49999 THEN TEMP1 = 0; ELSE TEMP1 = TEMP1 + 1;END IF;IF TEMP1 25000 THENCLK1K = 0;ELSECLK1K = 1;END IF;END IF;END PROCESS;DIV1HZ:PROCESS(CLK) -分频1HzBEGINIF CLKEVENT AND CLK = 1 THENIF TEMP2 = 49999999 THEN TEMP2 = 0;ELSE TEMP2 = TEMP2 + 1;END IF;IF TEMP2 25000000 THENCLK1HZ = 0;ELSECLK1HZ = 1;END IF;END IF;END PROCESS;GAMERUN:PROCESS(CLK1HZ,RESET) -游戏运行进程BEGINIF RESET = 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 CASE COUNT IS -点阵倒计时WHEN 6 = COUNT = 5;COLR7 = 00000000;COLR6 = 00000000;COLR5 = 00000000;COLR4 = 00000000;COLR3 = 00000000;COLR2 = 00000000;COLR1 = 00000000;COLR0 COUNT = 4;COLR7 = 00111100;COLR6 = 00100000;COLR5 = 00100000;COLR4 = 00111100;COLR3 = 00000100;COLR2 = 00000100;COLR1 = 00000100;COLR0 COUNT =3;COLR7 = 00100100;COLR6 = 00100100;COLR5 = 00100100;COLR4 = 00111100;COLR3 = 00000100;COLR2 = 00000100;COLR1 = 00000100;COLR0 COUNT = 2;COLR7 = 00111100;COLR6 = 00000100;COLR5 = 00000100;COLR4 = 00111100;COLR3 = 00000100;COLR2 = 00000100;COLR1 = 00000100;COLR0 COUNT = 1;COLR7 = 00111100;COLR6 = 00000100;COLR5 = 00000100;COLR4 = 00111100;COLR3 = 00100000;COLR2 = 00100000;COLR1 = 00100000;COLR0 COUNT = 0;COLR7 = 00001000;COLR6 = 00001000;COLR5 = 00001000;COLR4 = 00001000;COLR3 = 00001000;COLR2 = 00001000;COLR1 = 00001000;COLR0 COUNT = 6;STATE IF TIMEL = 9 THEN -数码管计时TIMEL = 0;IF TIMEH = 5 THENTIMEH = 0;IF CY /= 7 THENSTATE = 3;ELSESTATE = 2;END IF;ELSETIMEH = TIMEH + 1;END IF;ELSETIMEL = TIMEL + 1;END IF;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 COLG0(7-CX) COLG1(7-CX) COLG2(7-CX) COLG3(7-CX) COLG4(7-CX) COLG5(7-CX) COLG6(7-CX) COLG7(7-CX) CX CY CX NULL;END CASE;CASE CY IS -判断移动后是否撞墙WHEN 0 = IF COLR0(7-CX) = 1 THEN STATE = 3; ELSE COLG0(7-CX) IF COLR1(7-CX) = 1 THEN STATE = 3; ELSE COLG1(7-CX) IF COLR2(7-CX) = 1 THEN STATE = 3; ELSE COLG2(7-CX) IF COLR3(7-CX) = 1 THEN STATE = 3; ELSE COLG3(7-CX) IF COLR4(7-CX) = 1 THEN STATE = 3; ELSE COLG4(7-CX) IF COLR5(7-CX) = 1 THEN STATE = 3; ELSE COLG5(7-CX) IF COLR6(7-CX) = 1 THEN STATE = 3; ELSE COLG6(7-CX) STATE = 2;END CASE;IF CY = 7 THEN STATE 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 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 COLR = COLR0; COLG = COLG0; ROW = ROWS; ROWS COLR = COLR1; COLG = COLG1; ROW = ROWS; ROWS COLR = COLR2; COLG = COLG2; ROW = ROWS; ROWS COLR = COLR3; COLG = COLG3; ROW = ROWS; ROWS COLR = COLR4; COLG = COLG4; ROW = ROWS; ROWS COLR = COLR5; COLG = COLG5; ROW = ROWS; ROWS COLR = COLR6; COLG = COLG6; ROW = ROWS; ROWS COLR = COLR7; COLG = COLG7; ROW = ROWS; ROWS ROWS LIGHTHLIGHTHLIGHTHLIGHTHLIGHTHLIGHTHLIGHTHLIGHTLLIGHTLLIGHTLLIGHTLLIGHTLLIGHTLLIGHTLLIGHTLLIGHTLLIGHTLLIGHTL P_STATE = H; CAT = 111110; DISPLAY P_STATE = L; CAT = 111101; DISPLAY = LIGHTH;END CASE;END IF;END PROCESS;END behave;五、功能说明：1、 复位：当按下BTN0时，赛道，计时等控制模块初始化，游戏重启2、 方向控制：BTN1，BTN2，BTN3分别控制赛车向右，上，左运动3、 当赛车撞墙或障碍物时，游戏失败，显示“X”4、 当赛车到达终点时，游戏成功，显示“V”六、元器件清单及资源利用情况：1、元器件系统时钟CLK点阵行显示ROW0ROW7红点阵列显示COLR0COLR7，绿点阵列显示COLG0COLG7数码管控制选通CAT0CAT6数码管显示DISPLAY0-DISPLAY6拨码开关 BTN1,BTN2,BTN3,BTN42、资源利用情况七、实验中遇到的问题1、刚开始接触这个程序时不知道该如何下手，因此前期的流程图和状态转移图就不知道从何做起，后来经过和同组的同学的讨论后大概有了思路，在经自己独立思考后整理出了初期的那些框图，后来经老师指点发现了很多错误，再经过自己的整理后成了现在的那些框图。2、模块划分不合理，进程太多：第一次课验收仿真波形时，本以为编译成功的我便信心满满的去了，结果到那里后不但波形没出来，还被老师发现了编译成功后竟然用了零个逻辑单元！后来发现在我的不同进程中同时给同一个信号多次赋值，造成编译时所有进程都没有编译，即老师说的根本就没有电路。随后我将多进程合并成一个进程后就解决了这个问题。3、粗心大意：写代码的过程中发现我的计时波形一直为零，经过很多同学检查后都一直觉得代码没有问题，于是我便请教了石晓东老师，老师看了一下我的代码也觉得没有问题，后来从我的警告中发现我有一个变量名字写错了，改正过后发现整个计时波形就好了。4、考虑问题不够周全：还有一项问题就是点阵输出上，刚开始完全没有波形，后来在同学的帮助下发现是在信号给输出变量赋值时少考虑了others的情况，致使