北邮数电实验猜拳游戏

1、 17班05号侯智超数电实验设计报告数字电路与逻辑设计实验报告题目：猜拳游戏的设计与实现姓名： 学院： 专业： 通信工程 学号： 班内序号： 摘要说明：本实验在Quartus软件环境下，利用实验室集成芯片，使用VHDL语言编写程序实现一个猜拳小游戏的功能。整个系统的设计过程中，采用了up _to_ down的设计思想，完成了编码和译码输出到8X8点阵和数码管显示分数的功能，对应共有三个模块。关键词：编码译码 VHDL 模块 一 设计课题实验目的及任务要求：本电路可供甲乙二人进行猜拳游戏。通过不同的按键控制，选择多种出拳方式，显示猜 拳的结果，实现猜拳游戏，防止了作弊的可能。 基本要求： 1、甲

2、乙双方各用 44 键盘中的三个按键模拟“石头”、“剪刀”、“布”，一个按键为“确 认”。44 键盘第一行为甲，第二行为乙； 2、裁判用 44 键盘第三行的一个按键模拟“开”，一个按键为“准备”，一个按键为“复 位”； 3、裁判宣布“准备”后，甲乙双方分别选择出拳方式并确认； 4、裁判“开”以后，用点阵的左右三列同时显示甲乙双方的猜拳选择（如下图所示）， 并用两个数码管显示甲乙的猜拳比分； 甲“布”，乙“剪刀” 甲“剪刀”，乙“石头” 5、猜拳游戏为五局三胜制。若甲乙双方出拳一致，则比分保持不变，双方重新出拳；6、比赛结束后，用 88 点阵显示甲乙获胜方； 7、复位后游戏重新开始。 提高要求：

3、1、 点阵显示增加游戏开机动画、结束动画； 2、 为游戏增加音效；3、 在 LCD1602 液晶屏上显示甲乙双方的猜拳比分； 4、 自拟其他功能。二 系统设计：（1）设计思路：根据实验的要求，首先控制器是键盘，构思键盘的控制方式：1、假设4X4键盘第一个到最后一个按键编号为1-16，本实验用到了1-11，共十一个按键，对这十一个按键进行键值编码：第一行1234 0001 0101 1001 1101第二行5678 1000 1001 1010 1011第三行91011 1111 0110 1100123代表甲方出“石头”“剪刀”“布”，4代表“已选好（确认）”；567代表乙方出“石头”“剪刀”

4、“布”，8代表“已选好（确认）”；9代表“准备”，10代表“开结果”，11代表“复位”注：此处复位的是按键的操作，对后面的分数不会有影响。2、键盘编好了每个键的码，进行按键操作以后，传入点阵模块点阵是8X8的，列输出用红色，列是共阳极，需要扫描显示，按照给出的图案要求，进行图案的扫描显示，比较简单，之后详见代码。3、根据赛制，五局三胜，也就是谁先达到三分谁就是赢家，故计分模块只需要分别最大分数技术为3就符合了计分目的，计分独立模块，根据按键模块输出的键值，进行译码，根据“开结果”以后之前的甲乙出拳组合得出不同分数计数，通过数码管的左侧两位显示出来，当一方达到三分后，将甲或者乙的计分3输出，输入

5、到点阵模块，此时显示一方胜利图案。至此设计思路完整清晰。（2）系统总体框图： 三 分块设计程序及仿真分析1. 按键模块由于我们的4X4按键模块的端口是：四行的每行四个键分别公用一个行输入，四列的四个键分别公用一个列输出，这就需要我们扫描按键来控制输出。四位计数对列进行扫描，每次扫描单列时，再对行进行扫描，这样就可以对使用到的所有键分别有各自的输入输出控制。具体实现如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity caiqu

6、an isport( kb_row_in:in std_logic_vector(3 downto 0); kb_col_out:out std_logic_vector(3 downto 0); showa,showb,showc,showd:out std_logic_vector(3 downto 0); clk:in std_logic ); END caiquan;architecture cai of caiquan issignal counta,countb:std_logic_vector(1 downto 0);signal col_out:std_logic_vector

7、(3 downto 0);signal a,b,c,d:std_logic_vector(3 downto 0):=0000;-* begin process(counta,clk)- begin if(clkevent and clk=1)then if(counta=11)thencounta=00;else countakb_col_out=0111;countbkb_col_out=1011;countbkb_col_out=1101;countbkb_col_out=1110;countbcase kb_row_in iswhen0111=a=0001;b=0000;c=0000;d

8、b=1000;a=0000;c=0000;dc=1111;b=0000;a=0000;da=0000;b=0000;c=0000;dcase kb_row_in iswhen0111=a=0101;b=0000;c=0000;db=1001;a=0000;c=0000;dc=0110;b=0000;a=0000;da=0000;b=0000;c=0000;dcase kb_row_in iswhen0111=a=1001;b=0000;c=0000;db=1010;a=0000;c=0000;dc=1100;b=0000;a=0000;da=0000;b=0000;c=0000;dcase k

9、b_row_in iswhen0111=d=1101;a=0000;c=0000;bd=1011;b=0000;c=0000;aa=0000;b=0000;c=0000;d=0000; end case; end case; showa=a; showb=b; showc=c; showd=d;end process;end;仿真波形如下： 说明：由仿真可以清晰地看到abcd四组键的键值输出a0001 0101 1001 d 1101b 1000 1001 1010 1011c1111 0110 11002点阵模块 点阵模块和按键模块一样需要扫描显示，由于我们的图形只涉及到中间四行和两边各三列

10、，我们的行扫描只需扫描中间四行其他四行置0可以节省引脚使用，扫描行，每行对应列的输出，频率高了人眼看到的就是静止的图形。点阵模块显示图形需要对按键模块传输过来的键码对应译码，对应不同按键情况进行不同的图形显示。此程序使用键值“与”来表达“已选好（确认）”，在“与”之前加入“准备”的限定条件，之后判断“与”的结果之前加上“开结果”的限定，就可以实现“准备”出拳“已选好（确认）”“开结果”的顺序限制，而复位只需要在每个进程刚开始时加入复位信号的初值，就可以实现复位来灭掉点阵显示。具体实现如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std

11、_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity dianzhen isport(clear:in std_logic;win_a,win_b:in std_logic_vector(2 downto 0);clk:in std_logic;col_a,col_b:out std_logic_vector(3 downto 0);a,b,c,d:in std_logic_vector(3 downto 0);row:out std_logic_vector(7 downto 0);end dianzhen;architecture

12、dian of dianzhen issignal data11,data12,data13,data14,data21,data22,data23,data24:std_logic_vector(3 downto 0);signal a_data,b_data,c1_data,c2_data,c3_data,ad_data,be_data:std_logic_vector(3 downto 0):=0000;signal d_data,e_data:std_logic_vector(3 downto 0):=0000;signal cnt:STD_LOGIC_VECTOR (1 DOWNTO

13、 0);signal wina_data,winb_data:std_logic_vector(2 downto 0):=000;beginprocess(win_a)-note for winabeginif(clkevent and clk=1)thenif(clear=1)thenwina_datawina_datawina_datawina_datawina_datanull;end case;end if;end if;end process;process(win_b)-note for winbbeginif(clkevent and clk=1)thenif(clear=1)t

14、henwinb_datawinb_datawinb_datawinb_datawinb_datanull;end case;end if;end if;end process;process(a)-note for jiabeginif(clkevent and clk=1)thenif(c=1100 or clear=1)thena_dataa_dataa_dataa_datanull;end case;end if;end if;end process;process(b)-note for yibeginif(clkevent and clk=1)thenif(c=1100 or cle

15、ar=1)thenb_datab_datab_datab_datanull;end case;end if;end if;end process;process(c)-note for ready,open and resetbeginif(clkevent and clk=1)thenif(c=1100 or clear=1)thenc1_data=0000;c2_datac1_datac2_datanull;end case;end if;end if;end process;process(clk,c1_data,c2_data,c)-note for ok of jia and yib

16、eginif(clkevent and clk=1)thenif(c=1100 or clear=1)thend_data=0000;e_datad_datae_datanull;end case;end if;if(c=1100 or clear=1)thenad_data=0000;be_data=0000;-a_data=0000;b_data=0000;elsead_data=(a_data and d_data);be_datadata11=0100;data12=1110;data13=1110;data14data11=0010;data12=1100;data13=1100;d

17、ata14data11=1110;data12=1110;data13=1110;data14data11=0000;data12=0000;data13=0000;data14data21=0010;data22=0111;data23=0111;data24data21=0100;data22=0011;data23=0011;data24data21=0111;data22=0111;data23=0111;data24data21=0000;data22=0000;data23=0000;data24=0000; end case;else data11=0000;data12=000

18、0;data13=0000;data14=0000;data21=0000;data22=0000;data23=0000;data24=0000;end if;end if;end process;process(clk)beginif(clkevent and clk=1)thenif(cnt=11)thencnt=00;else cntrow=11111011;col_a=0100;col_brow=11110111;col_a=0100;col_brow=11101111;col_a=0100;col_brow=11011111;col_a=1010;col_brow=11111011

19、;col_b=0010;col_arow=11110111;col_b=0010;col_arow=11101111;col_b=0010;col_arow=11011111;col_b=0101;col_arow=11111011;col_a=data11;col_brow=11110111;col_a=data12;col_brow=11101111;col_a=data13;col_brow=11011111;col_a=data14;col_b=data24;end case;end if;end process;end;仿真波形如下：说明：如波形所示，实现了顺序限定显示点阵，最下面的

20、三个win_a,win_b,clear是对应计分模块甲乙二人计分结果的传入判断，和对分数的复位，此复位也是全局复位。3.计分模块 计分模块相对简单，也由按键键值判断来实现分数的计数，情况有九种，三种出拳的平局，甲的三种赢的情况和乙的三种赢的情况。对应赢的时候，甲乙的各自分数计数的信号加一就可以实现分数加，显示到数码管需要一个cat的互相对换，来显示两位分数分数满足三分时候分数不再增加，并且输出一个3给点阵，来显示胜利结果，并设有一个全局的复位，来实现游戏结束的复位，或者任意时刻的“重新开始玩”。具体实现如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;us

21、e ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity jifen isport(clk,clear:in std_logic;a,b,c,d:in std_logic_vector(3 downto 0);smg:out std_logic_vector(6 downto 0);cat:out std_logic_vector(7 downto 0);cnta,cntb:out std_logic_vector(2 downto 0);end jifen;architecture ji of jifen issign

22、al a_data,b_data,c1_data,c3_data,ad_data,be_data:std_logic_vector(3 downto 0):=0000;signal d_data,e_data:std_logic_vector(3 downto 0):=0000;signal cnt_a,cnt_b:STD_LOGIC_VECTOR (2 DOWNTO 0):=000;signal sig_a,sig_b,c2_data:std_logic;signal cat_t:std_logic_vector(7 downto 0):=11111101;beginprocess(a)-n

23、ote for jiabeginif(clkevent and clk=1)thenif(c=1100 or clear=1)thena_dataa_dataa_dataa_datanull;end case;end if;end if;end process;process(b)-note for yibeginif(clkevent and clk=1)thenif(c=1100 or clear=1)thenb_datab_datab_datab_datanull;end case;end if;end if;end process;process(c)-note for ready,o

24、pen and resetbeginif(clkevent and clk=1)thenif(c=1100 or clear=1)thenc1_data=0000;c2_datac1_datac2_datanull;end case;end if;end if;end process;process(c1_data,c2_data,c)-note for ok of jia and yibeginif(c2_dataevent and c2_data=1)thenif(c=1100 or clear=1)thend_data=0000;e_datad_datae_datanull;end ca

25、se;end if;end if;end process;process(clk)beginif(clear=1)thencnt_a=000;elseif(cnt_a=100)thencnt_a=000;elsif(c2_dataevent and c2_data=1)thenif(a_data=0001 and b_data=1001)thencnt_a=cnt_a+1;elsif(a_data=0101 and b_data=1010)thencnt_a=cnt_a+1;elsif(a_data=1001 and b_data=1000)thencnt_a=cnt_a+1;end if;e

26、nd if;end if;end process;process(clk)beginif(clear=1)thencnt_b=000;elseif(cnt_b=100)thencnt_b=000;elsif(c2_dataevent and c2_data=1)thenif(a_data=0001 and b_data=1010)thencnt_b=cnt_b+1;elsif(a_data=0101 and b_data=1000)thencnt_b=cnt_b+1;elsif(a_data=1001 and b_data=1001)thencnt_bcat_t=11111110;cat=ca

27、t_t;if(clear=1)thensmg=0000000;cntasmg=0000000;cntasmg=0110000;cntasmg=1101101;cntasmg=1111001;cntanull; end case; end if;when11111110=cat_t=11111101;cat=cat_t; if(clear=1)thensmg=0000000;cntbsmg=0000000;cntbsmg=0110000;cntbsmg=1101101;cntbsmg=1111001;cntbnull; end case; end if;when others=cat_t clk, kb_row_in = kb_row_in, kb_col_out = kb_col_out, showa = SYNTHESIZED_WI