迷宫实验报告北邮.docx

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迷宫实验报告北邮

数字电路与逻辑设计实验实验报告

简易迷宫实验

学院：

通信与信息工程学院

专业：

电子信息工程

姓名：

ABC

班级：

2012211103

学号：

2012212661

班内序号：

32

2014年11月07日

一、任务要求

1、基本要求：

1.用8×8点阵进行游戏显示。

2.迷宫游戏如图1所示，采用双色点阵显示，其中红色LED为迷宫墙壁，绿色LED表示人物。

通过BTN0～BTN3四个按键控制迷宫中的人物进行上下左右移动，使人物从起始点出发，走到迷宫的出口，游戏结束。

3.普通计时模式：

通过按键BTN7启动游戏，必须在30秒内找到出口，否则游戏失败，用两个数码管进行倒计时显示。

游戏胜利或者失败均要在8×8点阵上有相应的画面出现。

4.迷宫中的人物在行走过程中，如果碰到墙壁，保持原地不动。

2、提高要求：

1.多种迷宫地图可以选择。

2.在计时的基础上增加计步的功能，每按一次控制按键步数加1，碰壁不计算步数，计步结果用数码管显示。

3.为游戏增加提示音乐，在不同时间段采用不同频率的信号控制蜂鸣器发声报警。

4.增加其他游戏模式。

5.自拟其它功能。

2、系统设计

1、设计思路

该迷宫程序需要用到点阵、数码管，按键等器件。

其中，点阵用于显示迷宫地图及动画，数码管用于倒计时和记步显示，按键用于控制游戏中任务的上下左右移动及系统复位。

由于该程序涉及的元件较多，实现的功能较为复杂，直接编写一个模块来实现的难度较大，也不便于修改调试，因而我选择了分模块来写。

程序主要分为三大模块：

控制模块、显示模块和按键输入模块。

为保证各模块的正常工作，需加入分频模块来协调各模块的工作时序。

而显示模块包括点阵显示和数码管显示，需要用两个子模块分别实现。

最后，作为提高要求，我加入了音乐模块，作为游戏成功播放的音乐。

2、系统框图

3、分块设计

三、仿真波形及波形分析

1、分频模块（frequency）

实验板中心频率为50MHz，此模块采用串行分频，将50MHz先分为10KHz，用于扫描点阵，再将10KHz分频为10Hz，用来检测键盘输入信号，再将10Hz分频为1Hz的频率，用于倒计时。

如下图：

2、

控制模块（controller）

控制模块通过按键输入控制来实现人物在迷宫中移动。

采用10Hz频率，P_CHOOSE为迷宫选项，置0表示显示默认迷宫5，START为开始信号，游戏开始后，M_DOWN为向下移动，按键按下，遇到障碍，障碍信号STUCK置1，人物坐标OUT_X_G,OUT_Y_G不变。

M_LEFT为向左移动，按键按下，未遇到障碍，人物移动，OUT_X_G-1，第二次按下M_LEFT,遇到障碍，STUCK置1。

按下M_RIGHT，人物右移，OUT_Y_G-1。

按下M_UP，遇到障碍，STUCK置1。

COUNT信号实现记步功能，按下P_RST系统复位，记步值归0，游戏重新开始。

3、点阵显示模块（display）

点阵显示模块用来控制点阵显示开机动画（“迷”字），54321倒计时，迷宫地图显示及成功动画（笑脸），失败动画（哭脸）。

CLK_1HZ为5s倒计时时钟，CLK_10K为点阵扫描时钟，P_CHOOSE用于选择迷宫地图，置0说明显示默认迷宫，S_RESET为复位信号，S_START为游戏开始信号，TIME_UP为失败信号，游戏失败则显示哭脸，WIN为成功信号，游戏成功则显示笑脸。

4、数码管控制模块（segcontrol）

该模块通过1HZ时钟来控制数码管显示倒计时及人物移动步数，COUNT_OUTH,COUNT_OUTL为倒计时的高低位，STEP_OUTH,STEP_OUTL为步数的高低位，LOSE为失败信号，当倒计时的高低位均为0时，游戏失败。

5、数码管选通模块（segselect）

该模块通过10KHZ时钟来依次选通四个数码管。

6、数码管显示模块（segment）

该模块通过显示控制信号COUNT来控制数码管显示0到9。

7、音乐模块（yinyue）

该模块自身设定分频，当收到成功信号RESULT后，蜂鸣器按照乐谱旋律鸣响。

四、源程序

1、分频模块frequency

LIBRARYIEEE;

USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITYfrequencyIS

PORT（CLK:

INSTD_LOGIC;--外部时钟信号

CLK_10K:

OUTSTD_LOGIC;--用于点阵扫描和数码管选通

CLK_10HZ:

OUTSTD_LOGIC;--用于按键扫描

CLK_1HZ:

OUTSTD_LOGIC）;--用于数码管倒计时显示

END;

ARCHITECTUREbehaveOFfrequencyIS

SIGNALCNT1:

INTEGERRANGE0TO2499;

SIGNALCNT2:

INTEGERRANGE0TO490;

SIGNALCNT3:

INTEGERRANGE0TO8;

SIGNALCLK_TEMP1:

STD_LOGIC;

SIGNALCLK_TEMP2:

STD_LOGIC;

SIGNALCLK_TEMP3:

STD_LOGIC;

BEGIN

P1:

PROCESS（CLK）—产生10k信号

BEGIN

IFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN

IFCNT1=2499THEN

CLK_TEMP1<=NOTCLK_TEMP1;

CNT1<=0;

ELSE

CNT1<=CNT1+1;

ENDIF;

ENDIF;

ENDPROCESSP1;

CLK_10K<=CLK_TEMP1;

P2:

PROCESS（CLK_TEMP1）—产生10hz信号

BEGIN

IFCLK_TEMP1'EVENTANDCLK_TEMP1='1'THEN

IFCNT2=480THEN

CLK_TEMP2<=NOTCLK_TEMP2;

CNT2<=0;

ELSE

CNT2<=CNT2+1;

ENDIF;

ENDIF;

ENDPROCESSP2;

CLK_10HZ<=CLK_TEMP2;

P3:

PROCESS（CLK_TEMP2）—产生1hz信号

BEGIN

IFCLK_TEMP2'EVENTANDCLK_TEMP2='1'THEN

IFCNT3=8THEN

CLK_TEMP3<=NOTCLK_TEMP3;

CNT3<=0;

ELSE

CNT3<=CNT3+1;

ENDIF;

ENDIF;

ENDPROCESSP3;

CLK_1HZ<=CLK_TEMP3;

ENDBEHAVE;

2、控制模块controller

LIBRARYIEEE;

USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITYcontrollerIS

PORT（CLK_10HZ:

INSTD_LOGIC;--按键扫描信号

P_RST:

INSTD_LOGIC;--复位信号

P_START:

INSTD_LOGIC;--开始信号

P_CHOOSE:

INSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;--迷宫选择信号

M_LEFT,M_RIGHT,M_UP,M_DOWN:

INSTD_LOGIC;--按键信号

OUT_STATE:

OUTSTD_LOGIC;--成功信号

OUT_STUCK:

OUTSTD_LOGIC;--遇到障碍信号

COUNT:

OUTINTEGERRANGE0TO99;--记步信号

OUT_Y_G:

OUTINTEGERRANGE0TO7;--移动点纵坐标

OUT_X_G:

OUTINTEGERRANGE0TO7）;--移动点横坐标

END;

ARCHITECTUREbehaveOFcontrollerIS

SIGNALWIN_TEMP:

STD_LOGIC;

SIGNALSTUCK_TEMP:

STD_LOGIC;

SIGNALK_L,K_R,K_U,K_D:

STD_LOGIC;

SIGNALX:

INTEGERRANGE0TO7;

SIGNALY:

INTEGERRANGE0TO7;

SIGNALOUT_COUNT:

INTEGERRANGE0TO99;

SIGNALPPP:

STD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;

SIGNALCHANGE:

STD_LOGIC;

SIGNALI:

STD_LOGIC;

SIGNALTMP1,TMP2,TMP3,TMP4,TMP5,TMP6,TMP7,TMP8:

STD_LOGIC;--消抖时用的临时信号

BEGINP1:

PROCESS（CLK_10HZ,M_LEFT,M_RIGHT,M_UP,M_DOWN,TMP1,TMP2,TMP3,TMP4,TMP5,TMP6,TMP7,TMP8）--按键防抖

BEGIN

IF（CLK_10HZ'EVENTANDCLK_10HZ='0'）THEN

TMP2<=TMP1;--前一时刻按键值

TMP1<=M_LEFT;--当前时刻按键值

TMP4<=TMP3;

TMP3<=M_RIGHT;

TMP6<=TMP5;

TMP5<=M_UP;

TMP8<=TMP7;

TMP7<=M_DOWN;

ENDIF;

K_L<=TMP1AND（NOTTMP2）;--前一时刻为低电平，后一时刻为高电平，证明按键按下

K_R<=TMP3AND（NOTTMP4）;

K_U<=TMP5AND（NOTTMP6）;

K_D<=TMP7AND（NOTTMP8）;

ENDPROCESS;

P2:

PROCESS（CLK_10HZ,P_RST,P_START,K_L,K_R,K_U,K_D,P_CHOOSE）—点的移动控制

BEGIN

IF（P_RST='1'）THEN

OUT_COUNT<=0;

CASEP_CHOOSEIS--点的初始位置赋值

WHEN"0100"=>

X<=7;Y<=7;

--STUCK_TEMP<='0';

WHEN"0001"=>

X<=0;Y<=0;

--STUCK_TEMP<='0';

WHENOTHERS=>

X<=7;Y<=6;

--STUCK_TEMP<='0';

ENDCASE;

ELSIF（P_START='0'）THEN

OUT_COUNT<=0;

PPP<=P_CHOOSE;--点的初始位置赋值

CASEP_CHOOSEIS

WHEN"0100"=>

X<=7;Y<=7;

--STUCK_TEMP<='0';

WHEN"0001"=>

X<=0;Y<=0;

--STUCK_TEMP<='0';

WHENOTHERS=>

X<=7;Y<=6;

--STUCK_TEMP<='0';

ENDCASE;

ELSE

IF（CLK_10HZ'EVENTANDCLK_10HZ='1'）THEN

STUCK_TEMP<='0';

IFPPP=P_CHOOSETHENCHANGE<='0';--每次切换迷宫都要给移动点重新赋初值

ELSECHANGE<='1';PPP<=P_CHOOSE;

ENDIF;

IFCHANGE='1'THEN

CASEP_CHOOSEIS--点的初始位置赋值

WHEN"0100"=>

X<=7;Y<=7;

WHEN"0001"=>

X<=0;Y<=0;

WHENOTHERS=>

X<=7;Y<=6;

ENDCASE;

ELSE

ENDIF;

IF（K_L='1'）THEN—如果按下左移键

--OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

CASEP_CHOOSEIS

WHEN"0001"=>

IF（（（Y=0）AND（X=0））—障碍点判断

OR（（Y=1）AND（X=1））

OR（（Y=2）AND（X=3ORX=6））

OR（（Y=3）AND（X=1））

OR（（Y=4）AND（X=1ORX=3ORX=6））

OR（（Y=5）AND（X=4ORX=6））

OR（（Y=6）AND（X=1ORX=6）））THEN

X<=X;STUCK_TEMP<='1';OUT_COUNT<=OUT_COUNT;

ELSE

X<=X-1;OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

ENDIF;

WHEN"0010"=>

IF（（（Y=0）AND（X=3））—障碍点判断

OR（（Y=1）AND（X=1ORX=3））

OR（（Y=2）AND（X=1ORX=6））

OR（（Y=3）AND（X=2ORX=4ORX=6））

OR（（Y=4）AND（X=1））

OR（（Y=5）AND（X=3））

OR（（Y=6）AND（X=1）））THEN

X<=X;STUCK_TEMP<='1';OUT_COUNT<=OUT_COUNT;

ELSE

X<=X-1;OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

ENDIF;

WHEN"0100"=>

IF（（（Y=0）AND（X=1））—障碍点判断

OR（（Y=1）AND（X=1））

OR（（Y=2）AND（X=6））

OR（（Y=3）AND（X=1ORX=4））

OR（（Y=4）AND（X=1ORX=4））

OR（（Y=5）AND（X=1））

OR（（Y=6）AND（X=5））

OR（（Y=7）AND（X=6）））THEN

X<=X;STUCK_TEMP<='1';OUT_COUNT<=OUT_COUNT;

ELSE

X<=X-1;OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

ENDIF;

WHEN"1000"=>

IF（（（Y=6）AND（（X=7）OR（X=2）OR（X=1）））—障碍点判断

OR（（Y=5）AND（（X=4）OR（X=3）））

OR（（Y=1）AND（（X=6）OR（X=5）OR（X=4）OR（X=3））））THEN

X<=X-1;OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

ELSE

X<=X;STUCK_TEMP<='1';OUT_COUNT<=OUT_COUNT;

ENDIF;

WHENOTHERS=>

IF（（（Y=6）AND（（X=7）OR（X=2）OR（X=1）））

OR（（Y=5）AND（（X=5）OR（X=6）））

OR（（Y=1）AND（（X=6）OR（X=5）OR（X=4）OR（X=3））））THEN

X<=X-1;OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

ELSE

X<=X;STUCK_TEMP<='1';OUT_COUNT<=OUT_COUNT;

ENDIF;

ENDCASE;

ENDIF;

IF（K_R='1'）THEN—如果右移键按下

--OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

CASEP_CHOOSEIS

WHEN"0001"=>

IF（（（Y=0）AND（X=1））

OR（（Y=1）AND（X=6））

OR（（Y=2）AND（X=4ORX=6））

OR（（Y=3）AND（X=6））

OR（（Y=4）AND（X=1ORX=4ORX=6））

OR（（Y=5）AND（X=4ORX=6））

OR（（Y=6）AND（X=4ORX=6）））THEN

X<=X;STUCK_TEMP<='1';OUT_COUNT<=OUT_COUNT;

ELSE

X<=X+1;OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

ENDIF;

WHEN"0010"=>

IF（（（Y=0）AND（X=3））

OR（（Y=1）AND（X=1ORX=6））

OR（（Y=2）AND（X=1ORX=6））

OR（（Y=3）AND（X=2ORX=4ORX=6））

OR（（Y=4）AND（X=6））

OR（（Y=5）AND（X=4）））THEN

X<=X;STUCK_TEMP<='1';OUT_COUNT<=OUT_COUNT;

ELSE

X<=X+1;OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

ENDIF;

WHEN"0100"=>

IF（（（Y=0）AND（X=1））

OR（（Y=1）AND（X=6））

OR（（Y=2）AND（X=6））

OR（（Y=3）AND（X=2ORX=6））

OR（（Y=4）AND（X=1ORX=4））

OR（（Y=5）AND（X=6））

OR（（Y=6）AND（X=6））

OR（（Y=7）AND（X=7）））THEN

X<=X;STUCK_TEMP<='1';OUT_COUNT<=OUT_COUNT;

ELSE

X<=X+1;OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

ENDIF;

WHEN"1000"=>

IF（（（Y=6）AND（（X=6）OR（X=1）））

OR（（Y=5）AND（（X=3）OR（X=2）））

OR（（Y=1）AND（（X=2）OR（X=5）OR（X=4）OR（X=3））））THEN

X<=X+1;OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

ELSE

X<=X;STUCK_TEMP<='1';OUT_COUNT<=OUT_COUNT;

ENDIF;

WHENOTHERS=>

IF（（（Y=6）AND（（X=6）OR（X=1）））

OR（（Y=5）AND（（X=4）OR（X=5）））

OR（（Y=1）AND（（X=2）OR（X=5）OR（X=4）OR（X=3））））THEN

X<=X+1;OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

ELSE

X<=X;STUCK_TEMP<='1';OUT_COUNT<=OUT_COUNT;

ENDIF;

ENDCASE;

ENDIF;

IF（K_U='1'）THEN—如果上移键按下

--OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

CASEP_CHOOSEIS

WHEN"0001"=>

IF（（（Y=0）AND（X=0））

OR（（Y=1）AND（X=1ORX=2ORX=5））

OR（（Y=3）AND（X=2ORX=5））

OR（（Y=4）AND（X=1ORX=3））

OR（（Y=6）AND（X=2ORX=3ORX=4ORX=6）））THEN

Y<=Y;STUCK_TEMP<='1';OUT_COUNT<=OUT_COUNT;

ELSE

Y<=Y+1;OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

ENDIF;

WHEN"0010"=>

IF（（（Y=1）AND（X=3ORX=4ORX=5））

OR（（Y=4）AND（X=1ORX=2ORX=5ORX=6））

OR（（Y=6）AND（X=2ORX=3ORX=4ORX=5ORX=6ORX=7ORX=1）））THEN

Y<=Y;STUCK_TEMP<='1';OUT_COUNT<=OUT_COUNT;

ELSE

Y<=Y+1;OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

ENDIF;

WHEN"0100"=>

IF（（（Y=1）AND（X=1ORX=2ORX=3ORX=4ORX=5））

OR（（Y=3）AND（X=2ORX=5ORX=6））

OR（（Y=5）AND（X=1ORX=2ORX=3ORX=4））

OR（（Y=6）AND（X=5））

OR（（Y=7）AND（X=6ORX=7）））THEN

Y<=Y;STUCK_TEMP<='1';OUT_COUNT<=OUT_COUNT;

ELSE

Y<=Y+1;OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

ENDIF;

WHEN"1000"=>

IF（（（X=2）AND（（Y=1）OR（Y=2）OR（Y=3）OR（Y=4）OR（Y=5）））

OR（（X=4）AND（（Y=3）OR（Y=4）））

OR（（X=6）AND（（Y=1）OR（Y=2）OR（Y=3）OR（Y=4）OR（Y=5））））THEN

Y<=Y+1;OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

ELSE

Y<=Y;STUCK_TEMP<='1';OUT_COUNT<=OUT_COUNT;

ENDIF;

WHENOTHERS=>

IF（（（X=2）AND（（Y=1）OR（Y=2）OR（Y=3）OR（Y=4）OR（Y=5）））

OR（（X=4）AND（（Y=3）OR（Y=4）））

OR（（X=6）AND（（Y=1）OR（Y=2）OR（Y=3）OR（Y=4）OR（Y=5））））THEN

Y<=Y+1;OUT_COUNT<=OUT_COUNT+1;

ELSE

Y<=Y;STUCK_TEMP<='1';OUT_COUNT<=OUT_COUNT;

ENDIF;

ENDCASE;

ENDIF;