北邮数电综合实验迷宫

1、简易迷宫设计北京邮电大学理学院2014级数字电路与数字逻辑设计实验报告简易迷宫游戏 班级：2014214104学号：2014212788班内序号：17姓名：林玉立2016/6/10 目录设计课题2系统设计4设计思路4总体框图4分块介绍7仿真波形9源程序11功能说明29资源利用情况29故障及问题分析30总结和结论30设计课题简易迷宫设计设计并实现一个简易迷宫游戏机。基本要求：1、用 88 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BTN0BTN3 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

2、，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88 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。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。系统设计1.设计思路程序采用分模块设计的思路，将具体任务分解成为不同的功能模块，利用component编写，再通过主

3、程序通过port map语句调用连接。主程序中包括各个子元件的定义及连接语句，子程序分别为分频器模块、防抖模块、点阵显示模块、迷宫人物坐标控制模块、倒计时控制模块、数码管选择模块和数码管显示模块。2.总体框图(1) 顶层框图 数码管显示 点阵显示迷宫控制器 复位按键 启动开关 方向按键(2) 对外接口迷宫控制器 out_catclk_in out_segstart out_rowresetround out_redmove_l move_rmove_u move_d out_green(3) 逻辑划分框图数码管 数码管选择seg7 点阵 数码管显示catrow red,greensech,se

4、cl count坐标及显示控制器30s倒计时控制out_state clk_out1(点阵扫描) startclk_out3(1Hz) 时钟 防抖 分频器 reset k_l,r,u,d clk_out2(控制) clk_out4(200Hz) clk_in方向按键复位按键(4)ASM图reset=1stuck=0 andm_l/r/u/d=1 成功移动start=1/reset=1win=1开始reset=1stuck=0 and m_l/r/u/d=1 stuck=1 stuck=1 or time_up=1m_l/r/u/d=0失败不动reset=1 time_up=1 stuck=1/

5、m_l/r/u/d=0reset=1(5)控制器逻辑流程图显示开始界面GO 是否开始？N 是否复位？YY 选关1？显示迷宫1YN显示迷宫2N 左移？ 左移YN 右移？ 右移Y N 上移？ 上移YN 下移？ 下移YN N 成功？ 时间到？ 碰壁？NN 成功 失败YY3.分块介绍(1) 分频器component fenpin -divide the frequency to the wantedport(clk_in:in std_logic;clk_out1:out std_logic;clk_out2:out std_logic;clk_out3:out std_logic;clk_out4:

6、out std_logic);end component;输入时钟为50MHz，通过分频输出10KHz（用于点阵扫描），10Hz（用于点阵控制），1Hz（用来计数），200Hz（用于防抖设计）。(2) 迷宫控制器component control -logically control the labyrinthineport(round:in std_logic;clk_1:in std_logic;p_rst:in std_logic;p_start:in std_logic;m_left,m_right,m_up,m_down:in std_logic;out_state:out std_

7、logic;out_y_g:out std_logic_vector(3 downto 0);out_x_g:out std_logic_vector(3 downto 0);end component;通过按键输入的高低电平来控制迷宫点阵。当选关拨码开关为低电平时，执行迷宫地图，复位按键重置初始坐标，当各个方向按键为高电平时，判断那些坐标的下一位置是墙壁，通过if语句是坐标点位于当前位置不移动，反之则向规定方向移动一步。当坐标位于出口时，胜利输出状态为1。(3) 点阵显示控制器component show_control -control the sweep of rectangleport

8、(clk_2:in std_logic;s_start:in std_logic;round:in std_logic;s_reset:in std_logic;time_up:in std_logic;win:in std_logic;x_g:in std_logic_vector(3 downto 0);y_g:in std_logic_vector(3 downto 0);row:out std_logic_vector(7 downto 0);red:out std_logic_vector(7 downto 0);green:out std_logic_vector(7 downto

9、 0);end component;当开始拨码开关为低电平时，点阵显示游戏初始界面GO；为高电平时，根据选关开关状态，显示迷宫1或2。当time_up=1时，游戏失败，显示破碎的心；当time_up=0时，游戏正常进行。（由计时器提供）当状态win=1时，显示完整的心；当win=0时，游戏正常进行。（由迷宫控制器提供）为保证点阵亮度一致，选择行扫描，通过向量row中某路选通（即电平为1），显示该行点阵，并由高频时钟信号扫描，产生视觉停留效果，得到点阵显示。(4) 计时器component led_control -control the countdownport(res:in std_log

10、ic;start:in std_logic;win:in std_logic;clk_in:in std_logic;state_out:out std_logic;sec_outl:out std_logic_vector(3 downto 0);sec_outh:out std_logic_vector(3 downto 0);end component;由一个从0到30的变量计数，初始值为30，每当遇到1Hz的时钟上升沿时，计数器减一，直到计数器减为0，使失败状态为1，或到输入胜利状态为1，停止计时。由sec_outl，sec_outh将时间的高低位分开，以便与分别控制两个数码管，显示倒

11、计时。(5) 数码管选择器component led_select -select data in digital blinkingport(sech,secl:in std_logic_vector(3 downto 0);clk_select:in std_logic;q:out std_logic_vector(5 downto 0);dataout:out std_logic_vector(3 downto 0); end component;30s计时的高低位分别对应不同的cat管脚，使相邻的两个数码管显示对应数字，并将计数值提供给数码管显示器。(6) 数码管控制器component

12、 led -segment decoderport(count:in std_logic_vector(3 downto 0);seg7:out std_logic_vector(6 downto 0);end component;不同的计数值对应不同数码管管脚的高低电平，是数码管显示正确的数字。(7) 防抖component shake_prv is -shake prevention port(clk : in std_logic;btn_in : in std_logic;btn_out : out std_logic);end component;通过低频时钟信号（200Hz）将判断按

13、键按下的时间延长以达到防抖的效果。仿真波形开始界面（GO）start=1，依次行扫描row，点阵红色显示GO。失败界面（破碎的心）time_up=1，依次行扫描row，点阵红色显示broken heart。成功界面（完整的心）win=1，依次行扫描row，点阵红色显示heart。行走受阻：下行遇障，stuck为高电平。源程序主程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity moon_maze isport(clk_in:in std_logic;start:in std_log

14、ic;reset:in std_logic;round:in std_logic;-stuck:out std_logic;move_l,move_r,move_u,move_d:in std_logic;out_cat:out std_logic_vector(5 downto 0);out_seg:out std_logic_vector(6 downto 0);out_row:out std_logic_vector(7 downto 0);out_red:out std_logic_vector(7 downto 0);out_green:out std_logic_vector(7

15、downto 0);end;architecture struct of moon_maze is component fenpin -divide the frequency to the wantedport(clk_in:in std_logic;clk_out1:out std_logic;clk_out2:out std_logic;clk_out3:out std_logic;clk_out4:out std_logic);end component;component shake_prv is -shake prevention port(clk : in std_logic;b

16、tn_in : in std_logic;btn_out : out std_logic);end component;component control -logically control the labyrinthineport(round:in std_logic;clk_1:in std_logic;p_rst:in std_logic;p_start:in std_logic;m_left,m_right,m_up,m_down:in std_logic;out_state:out std_logic;-out_stuck:out std_logic;out_y_g:out std

17、_logic_vector(3 downto 0);out_x_g:out std_logic_vector(3 downto 0);end component;component show_control -control the sweep of rectangleport(clk_2:in std_logic;s_start:in std_logic;round:in std_logic;s_reset:in std_logic;time_up:in std_logic;win:in std_logic;x_g:in std_logic_vector(3 downto 0);y_g:in

18、 std_logic_vector(3 downto 0);row:out std_logic_vector(7 downto 0);red:out std_logic_vector(7 downto 0);green:out std_logic_vector(7 downto 0);end component;component led_control -control the countdownport(res:in std_logic;start:in std_logic;win:in std_logic;clk_in:in std_logic;state_out:out std_log

19、ic;sec_outl:out std_logic_vector(3 downto 0);sec_outh:out std_logic_vector(3 downto 0);end component;component led_select -select data in digital blinkingport(sech,secl:in std_logic_vector(3 downto 0);clk_select:in std_logic;q:out std_logic_vector(5 downto 0);dataout:out std_logic_vector(3 downto 0)

20、; end component;component led -segment decoderport(count:in std_logic_vector(3 downto 0);seg7:out std_logic_vector(6 downto 0);end component;signal temp_win:std_logic;signal temp_lose:std_logic;signal clk_temp1:std_logic;signal clk_temp2:std_logic;signal clk_temp3:std_logic;signal clk_temp4:std_logi

21、c;signal data_templ:std_logic_vector(3 downto 0);signal data_temph:std_logic_vector(3 downto 0);signal data_out:std_logic_vector(3 downto 0);signal x_temp:std_logic_vector(3 downto 0);signal y_temp:std_logic_vector(3 downto 0);signal k_l,k_r,k_u,k_d:std_logic;beginu0:fenpin port map(clk_in=clk_in,cl

22、k_out1=clk_temp1,clk_out2=clk_temp2,clk_out3=clk_temp3,clk_out4=clk_temp4);u1:shake_prv port map(clk_temp4,move_l,k_l);u2:shake_prv port map(clk_temp4,move_r,k_r);u3:shake_prv port map(clk_temp4,move_u,k_u);u4:shake_prv port map(clk_temp4,move_d,k_d);u5:control port map(round=round,clk_1=clk_temp2,p

23、_rst=reset,p_start=start,m_left=k_l,m_right=k_r,m_up=k_u,m_down=k_d,out_state=temp_win,out_x_g=x_temp,out_y_g=y_temp);u6:show_control port map(clk_2=clk_temp1,s_reset=reset,s_start=start,round=round,time_up=temp_lose,win=temp_win,x_g=x_temp,y_g=y_temp,row=out_row,red=out_red,green=out_green);u7:led_

24、control port map(res=reset,start=start,win=temp_win,clk_in=clk_temp3,state_out=temp_lose,sec_outl=data_templ,sec_outh=data_temph);u8:led_select port map(clk_select=clk_temp1,secl=data_templ,sech=data_temph,q=out_cat,dataout=data_out);u9:led port map(count=data_out,seg7=out_seg);end;分频器：library ieee;

25、use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity fenpin isport(clk_in:in std_logic;clk_out1:out std_logic;-rectangle and digital sweepclk_out2:out std_logic;-button sweepclk_out3:out std_logic;-second counterclk_out4:out std_logic);-shake_preventionend;architecture behave of fenpin

26、 issignal cnt1:integer range 0 to 2499;signal cnt2:integer range 0 to 499;signal cnt3:integer range 0 to 49;signal cnt4:integer range 0 to 25; signal clk_temp1:std_logic;signal clk_temp2:std_logic;signal clk_temp3:std_logic;signal clk_temp4:std_logic;beginp1:process(clk_in)-10KHzbeginif clk_inevent

27、and clk_in=1 thenif cnt1=2499 thenclk_temp1=not clk_temp1;cnt1=0; elsecnt1=cnt1+1;end if;end if;end process p1;clk_out1=clk_temp1;p2:process(clk_temp1)-10Hzbeginif clk_temp1event and clk_temp1=1thenif cnt2=499 thenclk_temp2=not clk_temp2;cnt2=0;elsecnt2=cnt2+1;end if;end if;end process p2;clk_out2=c

28、lk_temp2;p3:process(clk_temp2)-1Hzbeginif clk_temp2event and clk_temp2=1thenif cnt3=6 thenclk_temp3=not clk_temp3;cnt3=0;elsecnt3=cnt3+1;end if;end if;end process p3;clk_out3=clk_temp3;p4:process(clk_temp1)-200Hzbeginif clk_temp1event and clk_temp1=1thenif cnt4=24 thenclk_temp4=not clk_temp4;cnt4=0;

29、elsecnt4=cnt4+1;end if;end if;end process p4;clk_out4x_tx_tx_tx_tx_tx_tx_tx_ty_ty_ty_ty_ty_ty_ty_ty_t=0111;end case;end process p1;out_x_g=x_t;out_y_g=y_t;p2:process(m_left,m_right,m_up,m_down)begink_l=m_left;k_r=m_right;k_u=m_up;k_d=m_down;end process p2;p3:process(round,clk_1,p_rst,p_start,k_l,k_r

30、,k_u,k_d)beginif(round=0) and (p_rst=1)thenx=7;y=6;-stuck_temp=0;elsif(round=0) and (p_start=0)thenx=7;y=6;-stuck_temp=0;elseif (round=0)and(clk_1event and clk_1=1)thenif(k_l=1)thenif(y=6)and(x=7)or(x=2)or(x=1)or(y=5)and(x=4)or(x=3)or(y=1)and(x=6)or(x=5)or(x=4)or(x=3)thenx=x-1;elsex=x;-stuck_temp=1;

31、end if;end if;if(k_r=1)thenif(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)thenx=x+1;elsex=x;-stuck_temp=1;end if;end if;if(k_u=1)thenif(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)theny=y+1;elsey=y;-stuck_t

32、emp=1;end if;end if;if(k_d=1)thenif(x=2)and(y=6)or(y=2)or(y=3)or(y=4)or(y=5)or(x=4)and(y=5)or(y=4)or(x=6)and(y=6)or(y=2)or(y=3)or(y=4)or(y=5)theny=y-1;elsey=y;-stuck_temp=1;end if;end if;end if;end if;if (round=1) and (p_rst=1)thenx=7;y=1;-stuck_temp=0;elsif(round=1) and (p_start=0)thenx=7;y=1;-stuc

33、k_temp=0;elseif (round=1) and (clk_1event and clk_1=1)thenif(k_l=1)thenif(y=6)and(x=6)or(x=5)or(x=4)or(y=4)and(x=3)or(x=2)or(x=1)or(y=3)and(x=6)or(y=1)and(x=7)or(x=0)or(x=6)or(x=1)or(x=2)or(x=3)or(x=4)or(x=5)thenx=x-1;-(x=6)or(x=1)or(x=2)or(x=3)or(x=4)or(x=5)elsex=x;-stuck_temp=1;end if;end if;if(k_

34、r=1)thenif(y=6)and(x=3)or(x=5)or(x=4)or(y=4)and(x=0)or(x=2)or(x=1)or(y=3)and(x=5)or(y=1)and(x=1)or(x=0)or(x=6)or(x=7)or(x=2)or(x=3)or(x=4)or(x=5)thenx=x+1;elsex=x;-stuck_temp=1;end if;end if;if(k_u=1)thenif(x=1)and(y=4)or(y=5)or(x=3)and(y=5)or(y=4)or(x=5)and(y=1)or(y=2)or(x=6)and(y=3)or(y=4)or(y=5)t

35、heny=y+1;elsey=y;-stuck_temp=1;end if;end if;if(k_d=1)thenif(x=1)and(y=6)or(y=5)or(x=3)and(y=5)or(y=6)or(x=5)and(y=3)or(y=2)or(x=6)and(y=6)or(y=4)or(y=5)theny=y-1;elsey=y;-stuck_temp=1;end if;end if;end if;end if;end process p3;-out_stuck=stuck_temp;p4:process(x,y,round)beginif(round=0) thenif(x=0 a

36、nd y=6)thenwin_temp=1;else win_temp=0;end if;elseif(x=0 and y=4)thenwin_temp=1;else win_temp=0;end if;end if;end process p4;out_state=win_temp;end;点阵显示控制器:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity show_control isport(clk_2:in std_logic;s_start:in std_logic;round

37、:in std_logic;s_reset:in std_logic;time_up:in std_logic;win:in std_logic;x_g:in std_logic_vector(3 downto 0);y_g:in std_logic_vector(3 downto 0);row:out std_logic_vector(7 downto 0);red:out std_logic_vector(7 downto 0);green:out std_logic_vector(7 downto 0);end;architecture struct of show_control is

38、signal temp_clk:std_logic;signal count:integer range 0 to 2;signal count_sweep:integer range 0 to 8;signal out_row:std_logic_vector(7 downto 0);signal out_r:std_logic_vector(7 downto 0);signal out_g:std_logic_vector(7 downto 0);beginp1:process(clk_2)beginif(clk_2event and clk_2=1)thenif count=2 then

39、count=0;temp_clk=not temp_clk;elsecount=count+1;end if;end if;end process p1;p2:process(temp_clk,s_start) -sweep countbeginif(temp_clkevent and temp_clk=1)thenif count_sweep=8 thencount_sweep=0;elsecount_sweep=count_sweep+1;end if;end if;end process p2;p3:process(clk_2,count_sweep,s_reset,s_start,win,x_g,y_g,round)beginif s_reset=1 thenout_rowout_row=01111111;out_r=00000000;out_gout_row=10111111;out_r=11101110;out_gout_row=11011111;out_r=10100001;out_gout_row=11101111;out_r=10100001;out_gout_row=11110111;out_r=10101101;out_gout_row=11111011;out_r=10101001;out_gout