简易钢琴游戏实验报告-副本

1、北京邮电大学实 验 报 告实验名称：简易钢琴游戏学 院： 信息与通信工程学院 班 级： 2011211118 姓 名： _ # 学 号： _ 2011210# 日 期： 2013.11.9 一、 实验名称：简易钢琴游戏二、 实验任务要求：基本要求：1、用 88 点阵进行游戏显示。2、BTN1BTN7 七个按键模拟钢琴演奏时的“1 2 3 4 5 6 7”七个音符。点阵的第一列对应音符“1”，第二列对应音符“2”，依此类推，低中高音自定。3、光点在点阵第一行随机出现，逐点下落，下落速度为 0.2 秒 /行，如图1 所示。4、在光点下落到点阵最后一行之前的过程中，如果按下与该列点阵相应的音符键，该

2、光点消失，蜂鸣器演奏相应的音符声音，计分器加1。如果在光点下落到最后一行依然没有进行相应的按键操作，该光点消失，计分器不加分。计分器由数码管显示。5、每隔 1 秒在点阵的不同列的第一行出现一个光点，如图2 所示。6、游戏时间为 30 秒，数码管倒计时显示。提高要求：1、光点在点阵某行随机出现，然后逐点下落。2、下落速度随机变化。3、光点按照存储的乐曲顺序和速度的出现。4、自拟其它功能。三、 系统设计：1、设计思路：分频器把50MHZ的时钟频率分别分成12MHz和1MHZ两个时钟，用于分频产生声音、以及数码管和点阵的扫描。主进程进行按键（address）的判断，分别产生相应的toneindex（

3、音调）和grade（分数）为发声和分数显示做准备，同时countdown（倒计时）每一秒进行递减。将输出的grade和countdown分别进行除10和对10取模操作，进入数码管显示模块得到分数和倒计时显示；输出的toneindex进入生成音节的分频预置数的tonetaba。Tonetaba把分频预置数的码tone输入speaker来控制12MHZ的脉冲分频，得到所需要的音符频率。音调分频模块GradeCol0col7Toneindex输入按键检测模块倒计时模块分数模块点阵赋值模块数码管cat选通显示点阵逐行扫描显示蜂鸣器Countdown2、系统模块3、分块设计：l 主模块：当reset=1

4、时，进行复位。然后检测按键是否按下，不按下则不发声不加分；若是停止按键，则是停止发声。若有按键（address），则依次从点阵的最下一行开始检测按键是否正确（检测到第六行后应同时检测当前检测行的前五行为全0，以保证点阵上同时有两点时上面的一点不会被错误的消掉），按键正确则grade（得分）加分。每隔0.2秒点阵个各行赋值依次下移一行。Countdown（倒计时）每一秒减一，同时给点阵光点出现的初始位置赋一次值。将输出的grade和countdown分别进行除10和对10取模操作，分别对应其十位和个位。l 数码管显示模块：建立0-9十个数字相应的表，使用1M的时钟对输入的分数和倒计时分别扫描显示

5、（show）。l 点阵显示模块：使用1M时钟一次扫描点阵每一行的值，然后赋给col进行显示。l 蜂鸣器模块：将传入的toneindex建表（tonetable）依次转化为相应的分频预置数，然后把12M的时钟按分频预置数进行分频，再进行二分频以使声音更清晰。四、 仿真波形及波形分析1、1M分频：图示为一个50分频器，本实验中使用的是50M的输入时钟，则可以分成一个1M的时钟，同时还分了一个12M的时钟，这里未给出。2、按键转换按键转换模块，从图中我们可以看出，根据输入的按键（address）分别转化为相应的toneindex，为后续用12M的时钟分成相应的音调做准备。比如，address=”00

6、01000”时代表的是按btn4，则转换成”100”;当无按键的时候，即address=”0000000”时，toneindex=”000”蜂鸣器不发声。3、转换成音调分频预置数将输入的toneindex转化为相应的预置分频数，我们可以看到，当toneindex为111时，对应的预置分频数为17174、按预置数分频（1717）我们可以通过这个波形图检测当分频预置数为1717时，分频比为12*（2047-1717）*2=7920，则对应的音调为12M/7920等于1975HZ。对应高音7.5、数码管显示从图中我们可以看到数字0，对应的show为”1111110”，其他的1-9的数字都是依次对应s

7、how的值。同时，通过一个1M 的时钟进行扫描，使数码管无闪烁现象。6、点阵显示从图中我们可以看到，以1M的时钟逐行扫描点阵，使点阵看起来不会闪烁。用row来控制各行的选通。比如。Row=”11111011”时，只有第三行有显示。五、源程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;Entity PinaoMaster isport(clk:in std_logic;-输入50M时钟address:in std_logic_vector(6 downto 0);-按键reset:in std_

8、logic;-复位开始beep:out std_logic;-蜂鸣器cat:out std_logic_vector(5 downto 0);-数码管选通row:out std_logic_vector(7 downto 0);-行选通col:out std_logic_vector(6 downto 0);-列赋值show:out std_logic_vector(6 downto 0);-数码管显示End entity PinaoMaster;Architecture one of PinaoMaster is signal clk1:std_logic; signal clk2:std_

9、logic; signal preclk:std_logic; signal fullspks:std_logic; signal scantmp:std_logic_vector(2 downto 0); signal Lighttmp:std_logic_vector(1 downto 0); signal toneindex:std_logic_vector(2 downto 0); signal countdown:integer range 0 to 30; signal grade:integer range 0 to 99; signal G1,G0,T1,T0:integer

10、range 0 to 9; signal tone:std_logic_vector(10 downto 0); signal col0:std_logic_vector(6 downto 0); signal col1:std_logic_vector(6 downto 0); signal col2:std_logic_vector(6 downto 0); signal col3:std_logic_vector(6 downto 0); signal col4:std_logic_vector(6 downto 0); signal col5:std_logic_vector(6 do

11、wnto 0); signal col6:std_logic_vector(6 downto 0); signal col7:std_logic_vector(6 downto 0); signal time1:std_logic_vector(6 downto 0); signal time0:std_logic_vector(6 downto 0); signal grade1:std_logic_vector(6 downto 0); signal grade0:std_logic_vector(6 downto 0);beginclk12M:process(clk)-12M分频，用于音

12、调的设置variable cnt:integer range 0 to 1; variable tmp:std_logic;beginif(clkevent and clk=1)thenif(reset=1)thencnt:=0; elsif cnt=1 then cnt:=0; tmp:=not tmp; else cnt:=cnt+1; end if;end if; clk1=24 then cnt:=0; tmp:=not tmp; else cnt:=cnt+1; end if;end if; clk2=tmp;end process clk1M;main:process(clk2,r

13、eset)-主进程，对按键进行判断，并产生与分数、倒计时以及蜂鸣器相关的变化variable cnt1: integer range 0 to 199999;-20万计数器将1M时钟做成0.2s的下降时间间隔variable cnt2: integer range 0 to 5;-将0.2s变成1s首行重新赋值间隔beginif(reset=1)then-复位cnt1:=0;cnt2:=0;grade=0;-分数初始化为0countdown=30;-倒计时初始化为30col0=0000000;col1=0000000;col2=0000000;col3=0000000;col4=0000000

14、;col5=0000000;col6=0000000;col7=0000000;-点阵初始化elsif(clk2event and clk2=1)thenif(cnt1=199999)then cnt1:=0; cnt2:=cnt2+1; col0=col1; col1=col2; col2=col3; col3=col4; col4=col5; col5=col6; col6=col7; col7=0000000;-0.2s逐行下降else cnt1:=cnt1+1; if(address=0000000)then-判断没有按键则不发音或者停止按键则停止发音toneindex=000; el

15、sif(address=col0)then-从点阵的做下面一行开始判断按键是否正确col0=0000000;-若按键正确，把该行置0gradetoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindex=000;end case; elsif(address=col1)thencol1=0000000;gradetoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindex=000;end case; elsif(address=

16、col2)thencol2=0000000;gradetoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindex=000;end case; elsif(address=col3)thencol3=0000000;-第4行和第5行光点正确加2分gradetoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindex=000;end case; elsif(address=col4)thencol4=0000000;gradeto

17、neindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindex=000;end case; elsif(address=col5 and col0=0000000)then-判断按键与第六行对应且第一行全为0 col5=0000000; gradetoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindex=000;end case; elsif(address=col6 and col1=0000000)then-判断按键与第七行对

18、应且第二行全为0 col6=0000000; gradetoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindex=000;end case; elsif(address=col7 and col2=0000000)then-判断按键与第八行对应且第三行全为0col7=0000000;gradetoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindextoneindex=000;end case; end if; G1=grade/10;G0

19、=grade mod 10;-grade/10给分数的十位赋值,grade对10取模给分数的个位赋值end if;if(cnt2=5)then cnt2:=0; if (countdown/=0)then-判断倒计时不为0，则countdown继续减一 countdowncol7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7col7=0000000; end case;end if;T1=countdown/1

20、0;T0time1time1time1time1time1time1time1time1time1time1time1time0time0time0time0time0time0time0time0time0time0time0grade1grade1grade1grade1grade1grade1grade1grade1grade1grade1grade1grade0grade0grade0grade0grade0grade0grade0grade0grade0grade0grade0=1111110;end case;end process ShowGrade0;NixieLight1:p

21、rocess(clk2)-模为4的计数器beginif(clk2event and clk2=1)thenif(Lighttmp=11)thenLighttmp=00;elseLighttmpcat=011111;showcat=101111;showcat=111101;showcat=111110;showcat=111111;show=0000000;end case;end process NixieLight2;-点阵显示模块LatticeShow1:process(clk2)beginif(clk2event and clk2=1)thenif(scantmp=111)thensc

22、antmp=000;elsescantmprow=11111110;colrow=11111101;colrow=11111011;colrow=11110111;colrow=11101111;colrow=11011111;colrow=10111111;colrow=01111111;colrow=11111111;coltonetonetonetonetonetonetonetone=11 then cnt:=0; tmp:=not tmp; else cnt:=cnt+1; end if;end if; preclk=tmp;end process speaker1;speaker2

23、:process(preclk,tone) -按分频预置数分频 variable count11:std_logic_vector(10 downto 0);beginif preclkevent and preclk=1 thenif count11=16#7FF# then count11:=tone; fullspks=1; else count11:=count11+1; fullspks=0; end if; end if;end process speaker2;speaker3:process(fullspks) -二分频 variable count2:std_logic;be

24、ginif fullspksevent and fullspks=1 then count2:=not count2; if count2=1 thenif(tone=00000000000)then beep=0;else beep=1;end if; else beep=0; end if; end if;end process speaker3;end one;六、 功能实现用BTN1BTN7七个按键模拟钢琴的“1 2 3 4 5 6 7”七个音符。当某个按键按下时，若按键正确，则对应光点消失，数码管显示加分，蜂鸣器发相应的音，停止按键蜂鸣器发声停止。每秒在第一行出现一个光点，可以储存一

25、首音乐，光点每0.2秒下降一行。通过按键BTN0进行复位。数码管显示30秒倒计时。七、 元器件清单及资源利用情况元器件清单：计算机，实验板EPM1270T144C5资源利用情况：点阵模块，数码管模块，按键模块，蜂鸣器模块代码使用了494个逻辑门，资源使用率为39%。八、故障及问题分析1、 点阵上光点下降时，光点形成的是一个有5个连续光点的竖直长条，而不是单一的光点，检查发现在每0.2秒下降时没有把最上面一行赋值成全0，在相应位置加上col7=”0000000”语句之后，又出现了在不同进程给col7赋值的问题，于是我把每隔一秒给col7赋初值的代码段移到主进程里，解决了多重赋值的问题，点阵显示正确。2、 当有两个光点在点阵上显示时，按后面的光点对应的键，也会误判为正确，后面的光点消失，得分加分，蜂鸣器响，这与预期设计目标不符合。经检查之后，我在第6、7、8行检测按键的时候，分别同时对当前检测行相隔5行的行进行检测，若该行同时为全0才符合条件。这样之后就避免了发生上述错误。3、 在没有进行任何按键操作的时候