北邮数电实验报告猜数字.docx

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北邮数电实验报告猜数字

题目:

简易猜数字游戏机的设计与实现

姓名

学院

专业

班级

学号

班内序号

一、设计课题的任务要求

基本要求：

1、游戏规则：

通常由两个人玩，一方出数字，另一方猜。

出数字的人要想好一个没有重复数字的4位数，不能让猜的人知道。

2、数字设置：

通过4*4键盘进行4位数字输入,在数码管（DISP0~DISP3）上显示当前所输入的数字。

通过设置确定键（BTN1键）进行锁定，此时数码管上的数值消失，同时用点阵开始倒计时，即：

初始状态点阵全亮，然后从右下角开始，由右到左、由下到上逐点逐排依次熄灭，间隔时间为1s，共计64s。

3、猜数字：

可以通过4*4键盘进行4位数字输入进行猜数字，且每输入一位数字在数码管（DISP0~DISP3）上显示当前所输入的数字，按确定键（BTN2键）进行确认，此时要根据输入的这组数字给出几A几B，其中：

A前面的数字表示位置正确的数的个数，用DISP5显示B前的数字表示数字正确而位置不对的数的个数，用DISP4显示如正确答案为2134，而猜的人猜5314，则是1A2B，其中有一个4的位置对了，记为1A，而1和3这三个数字对了，而位置没对，因此记为2B，合起来就是1A2B接着猜的人再根据出题者的几A几B继续猜，直到猜中（即4A0B）为止。

4、若数字正确则显示猜数字成功，点阵显示“☺”笑脸；若输入数字错误系统仍然处于猜数字状态，点阵显示“X”，并用蜂鸣器或led闪烁报警。

5、若到点阵全灭时（64s结束）仍未猜出正确数字，游戏失败，点阵显示“囧”。

6、设置游戏机开关。

提高要求：

1、若数字正确则显示猜数字成功，用蜂鸣器播放一段乐曲。

2、随机产生数字，并不在数码管上显示，进行猜数字游戏，用点阵进行128s计时，即点阵轮询熄灭两次，其他要求同基本功能3、4和5。

3、自拟其他功能。

二、系统设计

设计思路：

首先是状态机的设定，设定了5个状态，分别是idle、s1、s2、s3和over。

idle是空白的等待状态，s1是输入要猜的数字状态，在s2状态输入猜的数字，确定后进入s3状态，没猜对会检测还有没有时间，有时间会回到s2状态，没时间会留在over状态，猜对了也会留在over状态，在s2状态发现没时间后会进入over状态。

详情可见状态框图。

分频器选择了1Hz和1000Hz，1Hz是点阵倒计时的频率，1000Hz是点阵、矩阵键盘、数码管、按键的扫描频率。

点阵倒计时上选择对count_down（倒计时）进行求余和除法运算，求余可以对点阵的每一行进行每次灭一个灯的行为，除法可以确定点阵亮的行数。

在输入数字时进行与前面输入数字的比较，如果发现数字出现重复的情况则不输入数字，直到输入不同的数字为止。

状态框图：

st=1

st=1

tf=0&tm=0

ms1=1

tm=1

done=1

ms2=1

总体框图：

没有

有

不对，显示X

对

三、仿真波形及波形分析

为了方便仿真，在程序中加入了分辨当前所在状态的信号ld_out，idle状态时，ld_out为1000，s1时ld_out为0100，s2时为0010，s3为0001。

复位游戏开始确认输入的数字确认猜的数字复位

idle状态s1状态s2状态s3状态idle状态

四、源程序

部分代码分析：

分频器：

variablecount3:

integer:

=0;

variablecount4:

integer:

=0;

begin

ifclk'eventandclk='1'then

ifcount4=12499then

clk_scan<=notclk_scan;count4:

=0;

ifcount3=12499999then

clk_tm<=notclk_tm;count3:

=0;

elsecount3:

=count3+1;

endif;

elsecount3:

=count3+1;count4:

=count4+1;

endif;

endif;

count3为1Hz的频率，是点阵倒计时的频率；count4为1kHz的频率，是点阵、按键、数码管、矩阵键盘的扫描频率。

状态转移：

begin

next_state<=state;

ifres='1'thennext_state<=idle;

else

casestateis

whenidle=>

ifst='1'thennext_state<=s1;

elsenext_state<=idle;

endif;

whens1=>

ifms1='1'then

next_state<=s2;

elsenext_state<=s1;

endif;

whens2=>

ifms2='1'then

next_state<=s3;

elsiftm='1'then

next_state<=over;

elsenext_state<=s2;

endif;

whens3=>

ifdone='1'then

next_state<=over;

elsenext_state<=s3;

endif;

whenover=>

ifst='1'thennext_state<=idle;

elsiftf='0'then

iftm='0'then

next_state<=s2;

elsenext_state<=over;

endif;

elsenext_state<=over;

endif;

whenothers=>next_state<=idle;

endcase;

endif;

idle是空白的等待状态，s1是输入要猜的数字状态，在s2状态输入猜的数字，确定后进入s3状态，没猜对会检测还有没有时间，有时间会回到s2状态，没时间会留在over状态，猜对了也会留在over状态，发现没时间后也会进入over状态

点阵显示：

begin

ifclk_scan'eventandclk_scan='1'then

ifled=1then--jiong

caseled_rowis

when"10111111"=>led_row<="01111111";led_col<="11111111";

when"11011111"=>led_row<="10111111";led_col<="10011001";

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when"01111111"=>led_row<="11111110";led_col<="11111111";

whenothers=>led_row<="01111111";led_col<="11111111";

endcase;

elsifled=2then--xiao

caseled_rowis

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when"11011111"=>led_row<="10111111";led_col<="01000010";

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whenothers=>led_row<="01111111";led_col<="11111111";

endcase;

elsifled=3then--x

caseled_rowis

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when"11011111"=>led_row<="10111111";led_col<="01000010";

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whenothers=>led_row<="01111111";led_col<="11111111";

endcase;

elsifled=4then--kong

caseled_rowis

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when"11011111"=>led_row<="10111111";led_col<="00000000";

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whenothers=>led_row<="01111111";led_col<="00000000";

endcase;

else

这里都是在显示特殊情况，下面是倒计时的显示：

num_1是倒计时对8的取余，num_2是倒计时对8的除法运算。

对应每个num_1，有num_x对应不同的点阵行的亮灯情况，这样的话使得61秒的倒计时只需要分8种情况讨论，即每一行一种情况。

num_1<=count_downrem8;--quyu

num_2<=count_down/8;

casenum_1is

when0=>num_x<="00000000";

when1=>num_x<="10000000";

when2=>num_x<="11000000";

when3=>num_x<="11100000";

when4=>num_x<="11110000";

when5=>num_x<="11111000";

when6=>num_x<="11111100";

when7=>num_x<="11111110";

whenothers=>num_x<="00000000";

endcase;

casenum_2is

when0=>

caseled_rowis

when"10111111"=>led_row<="01111111";led_col<="11111111"-num_x;

when"11011111"=>led_row<="10111111";led_col<="11111111";

when"11101111"=>led_row<="11011111";led_col<="11111111";

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whenothers=>led_row<="01111111";led_col<="11111111";

endcase;

when1=>

caseled_rowis

when"10111111"=>led_row<="01111111";led_col<="00000000";

when"11011111"=>led_row<="10111111";led_col<="11111111"-num_x;

when"11101111"=>led_row<="11011111";led_col<="11111111";

when"11110111"=>led_row<="11101111";led_col<="11111111";

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whenothers=>led_row<="01111111";led_col<="11111111";

endcase;

when2=>

caseled_rowis

when"10111111"=>led_row<="01111111";led_col<="00000000";

when"11011111"=>led_row<="10111111";led_col<="00000000";

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whenothers=>led_row<="01111111";led_col<="11111111";

endcase;

when3=>

caseled_rowis

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when"11011111"=>led_row<="10111111";led_col<="00000000";

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whenothers=>led_row<="01111111";led_col<="11111111";

endcase;

when4=>

caseled_rowis

when"10111111"=>led_row<="01111111";led_col<="00000000";

when"11011111"=>led_row<="10111111";led_col<="00000000";

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endcase;

when5=>

caseled_rowis

when"10111111"=>led_row<="01111111";led_col<="00000000";

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when"01111111"=>led_row<="11111110";led_