数字电路与逻辑设计实验(下).pdf

数字电路与逻辑设计实验 报告（下） 学院：xxxxx学院 姓名：xx 班级：xxxxxxxxxx 学号：xxxxxxxxxx 1 / 40 摘要： 本实验在 Quartus II 软件环境下，采用 VHDL 语言编写测试程序，在实验室 数字电路实验板上完成了猜拳游戏电路的设计与实现。系统设计过程中采用了自 顶向下的设计思想，将具体需要实现的功能各自划分为单独的模块，分别测试验 证后再从整体上进行模块的连接和系统状态机的设计。工程文件中，分频模块用 于将系统时钟进行多分频从而得到各个模块所需要的时钟频率，点阵显示模块用 于控制 8*8 点阵显示的图案，数码管显示模块用于控制数码管显示甲乙双方的实 时比分，4*4 矩阵按键模块用于检测玩家和裁判的按键输入，LCD 显示模块用于 在液晶显示屏上实时显示甲乙比分，蜂鸣器模块则能控制蜂鸣器的发声从而为游 戏过程添加背景音乐。实验完成的电路可供甲乙两人进行猜拳游戏，基本实验要 求全部都已实现，并将提高部分的 LCD1602 液晶屏显示功能、游戏背景音效、开 机动画、结束动画等也已一并完成。程序下载到实验板上后验证了其正确性，达 到了实验要求。 关键词：模块 状态机 VHDL 一、 设计课题的任务要求 设计电路可供甲乙两人进行猜拳游戏。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。 （1） 基本要求 1、甲乙双方各用 4×4 键盘中的三个按键模拟“石头”、“剪刀”、“布”，一 个按键为“确 认”。4×4 键盘第一行为甲，第二行为乙； 2、裁判用 4×4 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” 2 / 40 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 8×8 点阵显示甲乙获胜方； 7、复位后游戏重新开始。 （2） 提高要求 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 实验中各个模块需要不同的时钟频率，而实际中电路中只有一个 时钟输入频率，可以用一个分频模块对其进行多分频，得到的不同频 率时钟信号再作为其他模块的时钟输入。甲乙两人在游戏过程中的猜 拳输入和裁判的操作输入中的每一步都有可能对电路所处状况产生 影响，因此游戏的主体控制器中须写入状态机对游戏整体进行调控。 游戏过程中，玩家和裁判的输入操作均是在 4*4 矩阵按键上完成的， 可以单独将输入部分划归到 4*4 矩阵按键模块中，使得系统架构更显 清晰。同理，根据实验需求，点阵显示部分、数码管显示部分、LCD 显示部分、蜂鸣器发声部分也可各自单独写成一个模块，方便系统模