数字电路与逻辑设计综合实验报告.docx
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数字电路与逻辑设计综合实验报告
数字电路与逻辑设计实验报告
打地鼠游戏
学院：
信息与通信工程学院
班级：
姓名：
学号：
班内序号：
【实验任务及要求】
一．基本要求：
1.设计一个挑战反应速度的“打地鼠”游戏，采用用8×8双色点阵显示游戏界面，其中游戏边界采用绿色LED显示，随机出现的地鼠采用红色LED显示，游戏有16个洞穴，如图1所示。
2.游戏洞穴每次随机出现一个地鼠，每个地鼠的最长保持时间为2秒，2秒后随机出
现下一个地鼠。
以4×4键盘的按键代表锤子，16个洞穴与16个按键一一对应，一
旦锤子在2秒内击中地鼠，地鼠消失，数码管计分器分数加1分；若锤子一直没有
击中地鼠，2秒后该地鼠消失。
用两个数码管显示游戏成绩，当游戏成绩达到10分
时游戏结束，点阵显示字符“V”。
3.用两个数码管对整个游戏进行倒计时，当游戏时间超过59秒而成绩未达到10分时，
游戏失败，点阵显示字符“X”。
4.按复位键重新开始游戏，并开始倒计时。
二、提高要求：
增加游戏难关，在边界内每次随机出现两个地鼠，两个地鼠的最长保持时间均为2
秒，2秒后随机出现下两个地鼠，锤子击中一个地鼠加1分，当游戏成绩达到20分
而且游戏时间未超过59秒时，游戏结束，显示字符“V”，否则显示字符“X”。
三、自拟功能：
1.游戏暂停功能，按暂停键游戏计分和时间均暂定，解除暂停后游戏继续，倒计时继续。
2.打中地鼠有蜂鸣器鸣响，提示。
【游戏说明】
本实验利用开发板模拟打地鼠游戏，总体上实现了60秒倒计时，点阵出点，及时按下对应按键后后用数码管显示计分，并用点阵显示游戏结果。
1.拨动复位拨码开关，点阵显示绿色6*6边框，倒计时开始，4*4点阵开始随机出现出点。
2.未击中与出点坐标相对应的按键，点停留2s后出现下一个位置随机的点；若被打中，蜂鸣器鸣响，点消失数码管显示计分加1，出现下一个位置随机的点。
3.60s倒计时内分数达到10，游戏成功，点阵显示绿色V；60s内分数未达到，游戏失败，点阵显示红色X。
4.拨动暂停开关，游戏暂停，再次拨动开关，游戏继续，倒计时继续。
【系统设计】
1．设计思路
打地鼠游戏的设计与实现主要可分为游戏控制和游戏显示两个部分，核心部分是4*4矩阵键盘与点阵随机出现点对应，判断是否按下对应按键，并对正确操作计分。
点阵显示游戏界面，出现位置随机的表示“地鼠”的点，随机以伪随机的方法实现，以及根据计分和计时的综合判断显示游戏成功或者失败的最终结果。
行扫描的原理实现点阵的显示，用数组row，col输出确定8*8点阵的各个点位置，并且以colg，colr输出绿色，红色点以区别游戏界面和地鼠。
七段数码管在输出的选位信号cat控制下同时显示得分和倒计时，当判断点阵出点位置与按下按键对应成功，success信号触发加一，触发蜂鸣器鸣响。
得分累加到10，stop1置1点阵显示游戏成功界面，倒计时到00，stop2置1点阵显示游戏失败界面。
拨动暂停拨码开关，将分频器模块输出的时钟信号，即为其他模块的输入时钟置0，实现游戏暂停。
二．系统总体框图
1、系统硬件结构框图
2、总体框架图
3、模块划分图
4、模块间信息传递
5、ASM图
6、MDS图
7．其他
4*4矩阵键盘原理图
开发平台实验板
（1）EPM1270T144C5器件
（2）144引脚
（3）最大延迟时间5ns
【分模块设计实现】
3.1.1文件名：
super.bdf--功能：
顶层模块
Super:
项目名称；
Clk：
实验板内部晶振时钟；
Clear：
复位信号；
Btn[4..0]：
矩阵键盘分别对应的按键的输入；
A[6..0]：
数码管显示数字控制信号；
Cat[5..0]：
数码管选通信号；
Hang_out[7..0]：
控制点阵每一行的显示内容；
Lie_out[7..0]：
控制点阵进行“行扫描”；
Beep：
控制蜂鸣器发声信号；
super.bdf
3.1.2文件名：
super.vhd
在顶层模块中，我将分模块以component的形式进行声明，并利用portmap地址映射将相关联的接口参数映射在一起。
libraryIEEE;
useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entitysuperis
port（
clk_top:
instd_logic;
clear_top:
instd_logic;
reset_top:
instd_logic;
keyin:
instd_logic_vector（3downto0）;--按键输入信号
keyout:
outstd_logic_vector（3downto0）;
row_top:
outstd_logic_vector（7downto0）;--点阵行输出信号
colr_top:
outstd_logic_vector（7downto0）;--点阵列输出信号
colg_top:
outstd_logic_vector（7downto0）;
beep_top:
outstd_logic;--蜂鸣器发声信号
figure_top:
outstd_logic_vector（6downto0）;--数码管数值显示信号
cats_top:
outstd_logic_vector（5downto0）;--数码管接地信号
endsuper;
architectureaofsuperis
componentfenpinis
port（clk,clear:
instd_logic;--输入的50MHz时钟
clk_out1:
outstd_logic;--输出的时钟1:
1kHz
clk_out2:
outstd_logic;--输出的时钟2:
500Hz
clk_out3:
outstd_logic）;--输出的时钟3:
1Hz
endcomponent;
componentjishiis
port（clk_1s,reset:
instd_logic;--reset为游戏复位键，clk为--1秒钟标准时钟
th,tl:
outstd_logic_vector（3downto0）;--分别为时间高位和低位
stop:
outstd_logic）;--游戏时间为零时产生的结束信号
endcomponent;
componentjifenis
port（reset:
instd_logic;
addgrade:
instd_logic;
gradeshi:
outstd_logic_vector（3downto0）;
gradege:
outstd_logic_vector（3downto0）;
beep:
outstd_logic;
fenstop:
outstd_logic）;
endcomponent;
componentjianpanis
port（clk:
instd_logic;--扫描时钟频率不宜过高，一般在1KHz以下
num:
inintegerrange1to16;
kincol:
instd_logic_vector（3downto0）;--读入列码
scanrow:
outstd_logic_vector（3downto0）;--输出行码，扫描信号
success:
outstd_logic）;
endcomponent;
componentshumaguanis
port（num1:
instd_logic_vector（3downto0）;--shiwei
num2:
instd_logic_vector（3downto0）;--gewei
grade1:
instd_logic_vector（3downto0）;--shiwei
grade2:
instd_logic_vector（3downto0）;--gewei
clktube:
instd_logic;
tubesout:
outstd_logic_vector（6downto0）;
catsout:
outstd_logic_vector（5downto0））;
endcomponent;
componentdishuis
port（clk_dianzhen:
instd_logic;--点阵扫描时钟1kHz
rst:
instd_logic;--点阵复位
clickon:
instd_logic;--按键成功
stop1:
instd_logic;--计时停止
stop2:
instd_logic;--计分停止
colr:
outstd_logic_vector（7downto0）;
colg:
outstd_logic_vector（7downto0）;
row:
outstd_logic_vector（7downto0）;
keynum:
outintegerrange1to16）;--地鼠点阵的位置编号，输出与键盘一同判断
endcomponent;
signalclk_top1:
std_logic;
signalclk_top2:
std_logic;
signalclk_top3:
std_logic;
signalth_top:
std_logic_vector（3downto0）;
signaltl_top:
std_logic_vector（3downto0）;
signalstop_time_top:
std_logic;
signaladd_top:
std_logic;
signalgradeshi_top:
std_logic_vector（3downto0）;
signalgradege_top:
std_logic_vector（3downto0）;
signalstop_fen_top:
std_logic;
signalnum_top:
integerrange1to16;
signalsuccess_top:
std_logic;
begin
u1:
fenpinport
map（
clk=>clk_top,clear=>clear_top,clk_out1=>clk_top1,clk_out2=>clk_top2,clk_out3=>clk_top3）;
u2:
jishiport
map（
clk_1s=>clk_top3,reset=>reset_top,th=>th_top,tl=>tl_top,stop=>stop_time_top）;
u3:
jifenport
map（
reset=>reset_top,addgrade=>add_top,gradeshi=>gradeshi_top,gradege=>gradege_top,beep=>beep_top,fenstop=>stop_fen_top）;
u4:
jianpanport
map（
clk=>clk_top1,num=>num_top,keycol=>keyin,scanrow=>keyout,success=>success_top）;
u5:
shumaguanport
map（
num1=>th_top,num2=>tl_top,grade1=>gradeshi_top,grade2=>gradege_top,clktube=>clk_top2,tubesout=>figure_top,catsout=>cats_top）;
u6:
dishuport
map（
clk_dianzhen=>clk_top1,rst=>reset_top,clickon=>success_top,stop1=>stop_time_top,stop2=>stop_fen_top,colr=>colr_top,colg=>colg_top,row=>row_top,keynum=>num_top）;
enda;
3.1.3文件名：
super.vwf
能从方针中大致看出随机出现点，以及游戏边界的存在。
由于分频太大，顶层文件的方针难以看出具体功能，可由其他模块方针查看分析各个模块功能。
3.2.1文件名：
fenpin.bdf---功能：
分频
Clk：
50MHz系统时钟；
Clk_out1：
1Hz脉冲，用于控制每隔1s出现一个光点；
Clk_out2：
1kHz脉冲，用于扫描数码管，点阵以及矩阵键盘；
3.2.2文件名：
fenpin.vhd
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
entityfenpinis
port（
clk:
instd_logic;--50MHz
clk_time:
outstd_logic;--1hz
clk_scan:
outstd_logic;--1khz）;
endfenpin;
architectureaoffenpinis
signaltime_count:
integerrange0to4999999;--计数信号
signalscan_count:
integerrange0to4999;
signalclk_time_tmp:
std_logic;
signalclk_button_tmp:
std_logic;
signalclk_scan_tmp:
std_logic;
signalclk_down_tmp:
std_logic;
begin
time:
process（clk）--1hz
begin
ifclk'eventandclk='1'then
iftime_count=4999999then
time_count<=0;
clk_time_tmp<=notclk_time_tmp;
else
time_count<=time_count+1;
endif;
endif;
endprocesstime;
scan:
process（clk）–1khz
begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifscan_count=4999then
scan_count<=0;
clk_scan_tmp<=notclk_scan_tmp;
else
scan_count<=scan_count+1;
endif;
endif;
endprocessscan;
enda;
3.2.3文件名：
fenpin.vwf
上图中：
clkout的周期为clk的2倍，分频系数为2，分频脉冲稍有延时。
3.3.1文件名：
jishi.bdf---功能：
倒计时
Clk_1s：
1Hz的分频时钟；
reset：
复位信号，置1时自59s重新开始倒计时；
th[3..0]:
分数的十位；
t1[3..0]:
分数的个位；
stop：
计时到0，游戏规定时间结束；
3.3.2文件名：
jishi.vhd
libraryieee;
useIEEE.std_logic_1164.all;
entityjishiis
port（clk_time:
instd_logic;--1s
clear:
instd_logic;
time_units:
outintegerrange0to9;--倒计时的十位
time_tens:
outintegerrange0to9）;--倒计时的个位
endjishi;
architectureaofjishiis
signalp_temp:
std_logic_vector（5downto0）;
begin
process（clk_time,clear）
begin
if（clear='1'）thenp_temp<="111110";
elsifclk_time'eventandclk_time='1'then
casep_tempis
when"111100"=>p_temp<="111011";time_tens<=6;time_units<=0;
when"111011"=>p_temp<="111010";time_tens<=5;time_units<=9;
when"111010"=>p_temp<="111001";time_tens<=5;time_units<=8;
when"111001"=>p_temp<="111000";time_tens<=5;time_units<=7;
when"111000"=>p_temp<="110111";time_tens<=5;time_units<=6;
when"110111"=>p_temp<="110110";time_tens<=5;time_units<=5;
when"110110"=>p_temp<="110101";time_tens<=5;time_units<=4;
when"110101"=>p_temp<="110100";time_tens<=5;time_units<=3;
when"110100"=>p_temp<="110011";time_tens<=5;time_units<=2;
when"110011"=>p_temp<="110010";time_tens<=5;time_units<=1;
when"110010"=>p_temp<="110001";time_tens<=5;time_units<=0;
when"110001"=>p_temp<="110000";time_tens<=4;time_units<=9;
when"110000"=>p_temp<="101111";time_tens<=4;time_units<=8;
when"101111"=>p_temp<="101110";time_tens<=4;time_units<=7;
when"101110"=>p_temp<="101101";time_tens<=4;time_units<=6;
when"101101"=>p_temp<="101100";time_tens<=4;time_units<=5;
when"101100"=>p_temp<="101011";time_tens<=4;time_units<=4;
when"101011"=>p_temp<="101010";time_tens<=4;time_units<=3;
when"101010"=>p_temp<="101001";time_tens<=4;time_units<=2;
when"101001"=>p_temp<="101000";time_tens<=4;time_units<=1;
when"101000"=>p_temp<="100111";time_tens<=4;time_units<=0;
when"100111"=>p_temp<="100110";time_tens<=3;time_units<=9;
when"100110"=>p_temp<="100101";time_tens<=3;time_units<=8;
when"100101"=>p_temp<="100100";time_tens<=3;time_units<=7;
when"100100"=>p_temp<="100011";time_tens<=3;time_units<=6;
when"100011"=>p_temp<="100010";time_tens<=3;time_units<=5;
when"100010"=>p_temp<="100001";time_tens<=3;time_units<=4;
when"100001"=>p_temp<="100000";time_tens<=3;time_units<=3;
when"100000"=>p_temp<="011111";time_tens<=3;time_units<=2;
when"011111"=>p_temp<="011110";time_tens<=3;time_units<=1;
when"011110"=>p_temp<="011101";time_tens<=3;time_units<=0;
when"011101"=>p_temp<="011100";time_tens<=2;time_units<=9;
when"011100"=>p_temp<="011011";time_tens<=2;time_units<=8;
when"011011"=>p_temp<="011010";time_tens<=2;time_units<=7;
when"011010"=>p_temp<="011001";time_tens<=2;time_units<=6;
when"011001"=>p_temp<="011000";time_tens<=2;time_units<=5;
when"011000"=>p_temp<="010111";time_tens<=2;time_units<=4;
when"010111"=>p_temp<="010110";time_tens<=2;time_units<=3;
when"010110"=>p_temp<="010101";time_tens<=2;time_units<=2;
when"010101"=>p_temp<="010100";time_tens<=2;time_units<=1;
when"010100"=>p_temp<="010011";time_tens<=2;time_units<=0;
when"010011"=
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