北邮数电实验点阵赛车

1、数字电路综合实验报告点阵赛车游戏学院：信息与通信工程学院班级： 2010211117 班：学号：班序号：辅导老师：袁东明时间： 2012 年 11 月目录一、 设计任务要求二、 系统设计三、 仿真波形及分析四、 源程序五、 功能说明六、 元器件清单及资源利用情况七、故障及问题分析八、总结和结论一、设计任务要求1、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

2、 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，控制点阵返回到初始状态。2、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 BTN1BTN3 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

3、败。二、系统设计1、设计框图1、 系统结构框图本系统主要由四个模块组成， 其中控制器用于控制程序运行、 储存当前状态并控制输出显示， 点阵用于显示游戏界面， 数码管用于显示当前分数。 按钮输入用于输入控制信息。2、 逻辑划分方框图3、 系统流程图开始点阵 5 秒倒计时游戏开始，数码管显示时间，点阵显示小车与赛道赛道下移，小车不动是赛道与车是否相撞，是否超时否否按键输入是小车位置移动否是否到达终点是点阵显示 “V”图案，数码管显示走完全程所耗费的时间点 阵 显示 “X”游戏结束4、MDS 图TeCD to end count down到达终点KICr crash撞车 keyboard input

4、Otover timeCD等待状态运行状态ResetTeResetOt or CrReset游戏成功游戏失败游戏运行状态的具体状态转移图KI键盘输入状车移动态到达状态KI赛道移动是否撞车，超时三、仿真波形及波形分析说明：为了得到仿真结果，仿真实验先将分频比降低再进行。说明： cat 的波形说明，硬件运行过程中只选择 5 号和 4 号数码管，这两个数码管交替启动，分别显示时间秒数的个位和十位说明：游戏刚开始时，数码管显示 00.对应的 time_car 序列为 0111111说明：游戏运行一段时间后（5 秒倒计时）计时模块开始计时。上图中，数码管显示 01 秒，0 对应序列为 0111111,1

5、 对应于 0000110。下图是 02 秒的仿真图说明：点阵输出，列的输出为01111111,10111111， 11111110说明：列的输出为00000100，00000100，00111100对应于点阵图形 5 的输出。从第二行开始输出。四、 源程序及注释(由于代码过长， 此处只显示top-level entity ，其余代码详见附件)LIBRARY IEEE;ENTITY CAR ISPORT(CLK_CAR,CLEAR_CAR:IN STD_LOGIC;ROW_CAR,COL_CAR:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);KEY_CAR:IN STD_LO

6、GIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);TIME_CAR:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);CAT_CAR:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);END CAR;-ARCHITECTURE GAME OF CAR ISCOMPONENT DIV_N ISPORT(-分频模块CLK_IN:IN STD_LOGIC;-时钟输入CLEAR:IN STD_LOGIC;扫-描，清零CLK:OUT STD_LOGIC:='0'-1000HZ游戏控制及点阵扫描频率CLK1:OUT STD_LOGIC:='0'-

7、100HZ数码管扫描频率CLK2:OUT STD_LOGIC:='0'-10HZ计时频率);END COMPONENT;COMPONENT ANTI_SHAKING ISPORT(-CLK,KEY,CLK1:IN STD_LOGIC;- clk为游戏控制频率clk1为防抖频率100hzK_OUT:OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;COMPONENT DISPLAY IS显-示模块PORT(CLK1,CLK,CLEAR:IN STD_LOGIC;COL,ROW:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -点阵的输出行与列COL0_

8、IN:IN STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO 0);- 游戏控制模块传给显示模块的点阵的列的数据COL1_IN:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -COL2_IN:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -COL3_IN:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -COL4_IN:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);COL5_IN:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);COL6_IN:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0

9、);COL7_IN:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);LED1_IN,LED2_IN:IN INTEGER RANGE 0 TO 9;-LED 计时模块传给显示模块的数据：时间的秒数CAT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);SHUMA: OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0)-即AA-AF);-数码管END COMPONENT;COMPONENTGAME_CONTROL IS 游-戏控制模块PORT(COL0: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 传0);给-显示模块的数据COL1:

10、 OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);COL2: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);COL3: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);COL4: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);点阵的列COL5: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);COL6: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);COL7: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);CLK:IN STD_LOGIC;STARTCOUNT:

11、 OUT STD_LOGIC; -传给计时模块的一个标志用来控制是否计时TIMEOUT :IN STD_LOGIC;-计时模块传给游戏控制模块的一个标志，说明是否超时CLEAR:IN STD_LOGIC;KEYUP,KEYRIGHT,KEYLEFT: IN STD_LOGIC);END COMPONENT;COMPONENT TIMECOUNT ISPORT(CLK2,CLEAR:IN STD_LOGIC;-10HZLED1_OUT,LED2_OUT:OUT INTEGER RANGE 0 TO传9;给-显示模块的 STARTCOUNT :IN STD_LOGIC;用-来控制是否计时TIMEO

12、UT :OUT STD_LOGIC传-给游戏控制模块的一个标志，说明是否超时);END COMPONENT;-SIGNAL KEY_TMP:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);以下-皆为连接的中间信号 SIGNAL CLK_TMP,CLK1_TMP,CLK2_TMP:STD_LOGIC;SIGNAL COL0_TMP:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL COL1_TMP:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL COL2_TMP:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL COL

13、3_TMP:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL COL4_TMP:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL COL5_TMP:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL COL6_TMP:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL COL7_TMP:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL TIMEOUT_TMP : STD_LOGIC;SIGNAL STARTCOUNT_TMP : STD_LOGIC;SIGNAL LED1_TMP,LED2

14、_TMP: INTEGER RANGE 0 TO 9;-LEDSIGNAL CLEAR: STD_LOGIC;-BEGIND1:DIV_N PORT MAP(CLK=>CLK_TMP,CLK1=>CLK1_TMP,CLK2=>CLK2_TMP,CLK_IN=>CLK_CAR,CLEAR=>CLEAR _CAR);-A1:ANTI_SHAKING PORT MAP(CLK=>CLK_TMP,CLK1=>CLK1_TMP,KEY=>KEY_CAR(0),K_OUT=>KEY_TMP(0);-A2:ANTI_SHAKING PORT MAP(CL

15、K=>CLK_TMP,CLK1=>CLK1_TMP,KEY=>KEY_CAR(1),K_OUT=>KEY_TMP(1); -A3:ANTI_SHAKING PORT MAP(CLK=>CLK_TMP,CLK1=>CLK1_TMP,KEY=>KEY_CAR(2),K_OUT=>KEY_TMP(2); -DP1:DISPLAY PORT MAP(CLK=>CLK_TMP,CLK1=>CLK1_TMP,CLEAR=>CLEAR_CAR,SHUMA=>TIME_CAR,CAT=>CAT _CAR,COL=>COL_CA

16、R,ROW=>ROW_CAR,LED1_IN=>LED1_TMP,LED2_IN=>LED2,_TMPCOL0_IN=>COL0_TMP,COL1_IN=>COL1_TMP,COL2_IN=>COL2_TMP,COL3_IN=>COL3_TMP,COL4_IN=>COL4_TMP,COL5_IN=>COL5_TMP,COL6_IN=>COL6_TMP,COL7_IN=>COL7_TMP);-OK-T1:TIMECOUNT PORT MAP(CLK2=>CLK2_TMP,CLEAR=>CLEAR_CAR,LED1_OU

17、T=>LED1_TMP,LED2_OUT=>LED2_TMP ,STARTCOUNT=>STARTCOUNT_TMP,TIMEOUT=>TIMEOUT_TMP);-G1:GAME_CONTROL PORT MAP(CLK=>CLK_TMP,CLEAR=>CLEAR_CAR,STARTCOUNT=>STARTCOUNT_TMP,TIMEOUT=>TI MEOUT_TMP,KEYUP=>KEY_TMP(1),KEYRIGHT=>KEY_TMP(0),KEYLEFT=>KEY_TMP(2),COL0=>COL0_TMP,COL1

18、=>COL1_TMP,COL2=>COL2_TMP,COL3=>COL3_TMP,COL4=>COL4_TMP,COL5=>COL5_TMP,COL6=>COL6_TMP,COL7=>COL7_TMP);-END GAME;五、实现功能说明倒计时阶段，数码管不计时60 秒超时，游戏结束碰赛道或障碍，游戏结束跑到终点，游戏成功，显示完成时间随机赛道，随机障碍，小车随机初始位置按下复位键之后，游戏重新开始六、元器件清单及资源利用情况1、使用的元器件芯片EPM1270T144C5按键3 个Led 点阵8*8个单元Led数码1 个管2、资源利用七、 故障及问题分析1， 故障：加了防抖模块后，按键变得非常不灵敏，怎么按都没有反应。问题分析：之前只考虑防抖的设计， 在排除故障时， 没有找出任何有价值的信息，防抖频率也是 100hz，分频模块也没有出错，试着将防抖电路的频率改了一下， 依旧没有用。后来听课之后才明白， 加了防抖模块外， 还需要加上时钟同步，才能做成同步时序电路， 才能有效地控制电路的运行。修改了防抖模块代码后（由防抖频率进行防抖，游戏控制频率进行同步），游戏终于能够有效运行。2， 故障：在不同的实验室进行实验，有时点阵显示正常，有时点阵全亮。问题分析：这是由于实验板的点阵设计不同导致的。在将点阵管脚的行与列相互对换之后， 终于能够显