VHDL課程設計之打地鼠游戲報告-含代碼

題目：VHDL課程設計之打地鼠游戲專業(yè)：信息工程班級：電聯(lián)學生姓名：提交日期：2023年03月05日目錄一、設計任務與要求·······························3二、總體框圖··································32.1總體框圖·······························32.2設計思路及各模塊功能·······················32.2.1設計思路····························32.2.2各模塊功能···························3三、選擇器件·································4四、模塊功能實現(xiàn)·······························74.1分頻器模塊······························74.2隨機數(shù)產(chǎn)生模塊1······························84.3隨機數(shù)產(chǎn)生模塊2·····························94.4鍵盤控制模塊······························104.5計分器模塊·····························144.6LCD1602地鼠顯示模塊·····························154.7數(shù)碼管顯示模塊·······························17五、總體設計電路圖·····························18六、游戲說明書·······························186.1前言·································186.2運行說明·······························186.3評分規(guī)那么·······························18七、心得體會······················································19一、設計任務與要求設計一個挑戰(zhàn)反響速度的“打地鼠〞游戲機。要求：地鼠隨機出現(xiàn)在任何位置，以按鍵代表錘子，擊中地鼠，一旦擊中，數(shù)碼管計分器分數(shù)增加。按復位鍵重新開始游戲。二、總體框圖2.1、打地鼠游戲機的總體框圖如下列圖所示：分頻模塊分頻模塊鍵盤模塊隨機數(shù)發(fā)生模塊數(shù)碼管顯示模塊計分模塊鍵盤模塊隨機數(shù)發(fā)生模塊數(shù)碼管顯示模塊計分模塊LCD顯示模塊LCD顯示模塊電路設計總體框圖2.2、設計思路及各模塊功能：設計思路：產(chǎn)生偽隨機數(shù)使地鼠隨機出現(xiàn)，外接LCD1602顯示地鼠隨機出現(xiàn)的位置，以一個特殊字符表示地鼠。游戲者按下按鍵，與地鼠出現(xiàn)的位置代表的偽隨機數(shù)進行比擬，假設一致，計分器進行加分。按下ESC鍵進行復位，利用50MHz分頻作為根本信號源。各模塊功能介紹：——分頻器模塊將50MHz的信號源分別分頻為游戲所需頻率的時鐘信號1Hz。——偽隨機數(shù)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生偽隨機數(shù)，使得地鼠出現(xiàn)位置隨機?！嫹帜K接收來自鍵盤控制模塊的信號，正確一次加一分。——LCD顯示模塊在1HZ時鐘信號下，根據(jù)產(chǎn)生的偽隨機數(shù)使得2*16的LCD屏上隨機出現(xiàn)代表地鼠的字符。——鍵盤控制模塊玩家按下地鼠出現(xiàn)的位置可能對應的按鍵，按鍵地址與地鼠出現(xiàn)的位置對應的偽隨機進行比擬，假設一致，輸出一個為‘1’的correct信號?！嫹帜K接收來自鍵盤控制模塊的信號，正確一次加一分?！獢?shù)碼管顯示模塊通過數(shù)碼管，將計分模塊的計分結果顯示出來。三、器件選擇設計開發(fā)軟件：Quartus28.1/9.0主芯片：芯片：EP2C8Q208C8：含8,256Les；165,888RAMbits；2個PLL；；139個I/O口2.配置芯片：EPCS1/EPCS4FPGA串行配置芯片含1MbitFlash/4MbitFlashEP2C5Q208C8：配置EPCS1EP2C8Q208C8：配置EPCS43.FLASH：〔2M×〕4.SRAM：IS61LV25616256K×16Bit存儲器電路：24LC16B16Kbit〔8Blocks×8Bit〕存儲器電路：93LC46B1Kbit〔64×16Bit〕7.有源晶振：8.電源芯片：LM1117-3.3V、9.調(diào)試接口：AS、JTAG調(diào)試接口10.核心板尺寸：100mm×79mm外接LCD1602顯示屏工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符?！?6列2行〕注：為了表示的方便，后文皆以1表示高電平，0表示低電平。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由假設干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形〔用自定義CGRAM，顯示效果也不好〕。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊〔顯示字符和數(shù)字〕。市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大局部的字符型液晶。2管腳功能1602采用標準的16腳接口，其中：第1腳：GND為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接正電源時比照度最弱，接地電源時比照度最高〔比照度過高時會產(chǎn)生“鬼影〞，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整比照度〕。第4腳：RS為存放器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平0時選擇指令存放器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，以51為例的簡單原理圖低電平(0)時進行寫操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平〔1〕時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。特性3.3V或5V工作電壓，比照度可調(diào)內(nèi)含復位電路提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM內(nèi)建有192個5X7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM特征應用微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中。操作控制注：關于E=H脈沖——開始時初始化E為0，然后置E為1。外接PS/2鍵盤進行控制四、功能模塊4.1分頻器模塊分頻器模塊接收晶振提供的50MHz時鐘信號，通過計數(shù)將其分頻為1s的時鐘脈沖信號并輸出。輸出秒脈沖的VHDL程序如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.std_logic_1164.ALL;useieee.std_logic_unsigned.all;ENTITYdividerISPORT(clk:INSTD_LOGIC;rst_n:INSTD_LOGIC;clk_1HZ:BUFFERSTD_LOGIC);ENDdivider;ARCHITECTUREbehavOFdividerISBEGINPROCESS(clk,rst_n)VARIABLEcount:INTEGERrange0TO50000000;BEGINIFrst_n='0'THENcount:=0;ELSIFclk'eventANDclk='1'THENIFcount=25000000THENcount:=0;clk_1HZ<=NOTclk_1HZ;ELSEcount:=count+1;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;ENDbehav;4.2隨機數(shù)產(chǎn)生模塊1以下程序為產(chǎn)生4位偽隨機數(shù)的代碼，取ram為一個4位數(shù)，將第1位和第4位進行同或得結果feedback，將ram的前3位和feedback合并取代原來4位的ram，新的ram即是得到的一個偽隨機數(shù)，不停的反復就可得到一組序列為16的偽隨機數(shù)。這個偽隨機數(shù)產(chǎn)生器的偽隨機數(shù)傳遞給LCD顯示屏。LibraryIEEE;useIEEE.std_logic_1164.all;useIEEE.std_logic_arith.all;entitybeeisport(clk:instd_logic;reset:instd_logic;data_out:outUNSIGNED(3downto0));endbee;architecturertlofbeeissignalfeedback:std_logic;signalram:UNSIGNED(3downto0);beginfeedback<=ram(3)xnorram(0);latch_it:process(clk,reset)beginif(reset='1')thenram<=(others=>'0');elsif(clk='1'andclk'event)thenram<=ram(2downto0)&feedback;endif;endprocess;data_out<=ram(3downto0);endRTL;4.3隨機數(shù)產(chǎn)生模塊2原理同隨機數(shù)產(chǎn)生模塊1，產(chǎn)生的偽隨機數(shù)傳遞給鍵盤控制模塊。LibraryIEEE;useIEEE.std_logic_1164.all;useIEEE.std_logic_arith.all;entitylai2isport(clk:instd_logic;reset:instd_logic;data_out:outUNSIGNED(3downto0));endlai2;architecturertloflai2issignalfeedback:std_logic;signalram:UNSIGNED(3downto0);beginfeedback<=ram(3)xnorram(0);latch_it:process(clk,reset)beginif(reset='1')thenram<=(others=>'0');elsif(clk='1'andclk'event)thenram<=ram(2downto0)&feedback;endif;endprocess;data_out<=ram(3downto0);endRTL;4.4鍵盤控制模塊根據(jù)得到偽隨機產(chǎn)生模塊傳遞的信號num1，將此時按下的按鍵地址與偽隨機數(shù)所代表的0地址進行比擬，假設一致，那么輸出為‘1’的correct信號給下面的計分器模塊。libraryIEEE;useIEEE.std_logic_1164.all;useIEEE.std_logic_arith.all;useIEEE.std_logic_unsigned.all;entityps2scanisport(clk:inSTD_LOGIC;rst_n:inSTD_LOGIC; num1:instd_logic_vector(3downto0);ps2k_clk:inSTD_LOGIC;ps2k_data:inSTD_LOGIC;LCD_Data:instd_logic_vector(8downto0);correct:outstd_logic;signalresss:outstd_logic;led:outSTD_LOGIC_VECTOR(5downto0));endentityps2scan;architectureps2receiveofps2scanissignalps2k_clk_r:STD_LOGIC_VECTOR(2downto0);signalneg_ps2k_clk:STD_LOGIC;signaltemp_data:STD_LOGIC_VECTOR(7downto0);signalnum:STD_LOGIC_VECTOR(3downto0);signalps2_byte_r:STD_LOGIC_VECTOR(7downto0);signalcount:std_logic_vector(3downto0);begin---------------process(clk,rst_n)beginif(rst_n='0')thenps2k_clk_r<="000";elsif(clk'eventANDclk='1')thenps2k_clk_r<=ps2k_clk_r(1downto0)&ps2k_clk;endif;endprocess;----------------------neg_ps2k_clk<='1'whenps2k_clk_r(2downto1)="10"else'0';----------------------process(clk,rst_n)beginif(rst_n='0')thennum<=x"0";temp_data<=x"00";elsif(clk'eventANDclk='1')thenif(neg_ps2k_clk='1')thennum<=num+1;casenumiswhenx"1"=>temp_data(0)<=ps2k_data;whenx"2"=>temp_data(1)<=ps2k_data;whenx"3"=>temp_data(2)<=ps2k_data;whenx"4"=>temp_data(3)<=ps2k_data;whenx"5"=>temp_data(4)<=ps2k_data;whenx"6"=>temp_data(5)<=ps2k_data;whenx"7"=>temp_data(6)<=ps2k_data;whenx"8"=>temp_data(7)<=ps2k_data;whenothers=>null;endcase;endif;if(num=x"b")thennum<=x"0";endif;endif;endprocess;------------------- process(clk,rst_n) VARIABLEcount1:INTEGERrange0TO1; begin if(rst_n='0')then ps2_byte_r<=x"00"; elsif(clk'eventANDclk='1')then if(num=x"b")then ps2_byte_r<=temp_data; endif; endif; endprocess;------------------- process(ps2_byte_r) begin --correct<='0'; if(ps2_byte_r=x"29")thenresss<='0';else casenum1is when"0000"=>--0 if(ps2_byte_r=x"6b")then correct<='1'; elsecorrect<='0'; endif; when"0001"=>--1 if(ps2_byte_r=x"74")then correct<='1'; elsecorrect<='0'; endif; when"0010"=>--2 if(ps2_byte_r=x"73")then correct<='1'; elsecorrect<='0'; endif; when"0011"=>--3 if(ps2_byte_r=x"74")then correct<='1'; elsecorrect<='0'; endif; when"0100"=>--4 if(ps2_byte_r=x"69")then correct<='1'; elsecorrect<='0'; endif; when"0101"=>--5 if(ps2_byte_r=x"79")then correct<='1'; elsecorrect<='0'; endif; when"0110"=>--6 if(ps2_byte_r=x"73")then correct<='1'; elsecorrect<='0'; endif; when"0111"=>--7 if(ps2_byte_r=x"73")then correct<='1'; elsecorrect<='0'; endif; when"1000"=>--8 if(ps2_byte_r=x"79")then correct<='1'; elsecorrect<='0'; endif; when"1001"=>--9 if(ps2_byte_r=x"69")then correct<='1'; elsecorrect<='0'; endif; when"1010"=>--10 if(ps2_byte_r=x"74")then correct<='1'; elsecorrect<='0'; endif; when"1011"=>--11 if(ps2_byte_r=x"6b")then correct<='1'; elsecorrect<='0'; endif; when"1100"=>--12 if(ps2_byte_r=x"72")then correct<='1'; elsecorrect<='0'; endif; when"1101"=>--13 if(ps2_byte_r=x"73")then correct<='1'; elsecorrect<='0'; endif; when"1110"=>--14 if(ps2_byte_r=x"7a")then correct<='1'; elsecorrect<='0'; endif; whenothers=>null; endcase; resss<='1'; endif; endprocess;endarchitectureps2receive;4.5計分器模塊判斷得到來自鍵盤控制模塊的correct信號是否為1，來確定計分器是否需要加1，并實現(xiàn)在數(shù)碼管上顯示出來。libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;ENTITYgradeISPORT(--clk_1:INSTD_LOGIC;clk_1HZ:instd_logic;rst_n:instd_logic;correct:instd_logic;--light:bufferstd_logic_vector(2downto0);seg_en:bufferstd_logic;clr:bufferstd_logic;seg_data:bufferstd_logic_vector(15downto0));ENDgrade;architecturebehavofgradeissignalcnt:std_logic_vector(3downto0);signaltim:std_logic_vector(3downto0):="1111";beginprocess(clk_1HZ,rst_n)beginif(clk_1HZ'eventandclk_1HZ='1')then --clr<='1'; ifcorrect='1'then cnt<=cnt+1; endif;if(cnt>"1001")thenseg_data<="000000000001"&(cnt-"1010");elseseg_data<="000000000000"&cnt;endif;endif;endprocess;endbehav;4.6LCD1602地鼠顯示模塊首先分頻得到一個5Hz的時鐘信號，LCD在5Hz時鐘信號的驅動下，完成五步操作，第一步，設置8位格式，第二步，整體顯示，關光標，光標閃爍，第三步，清屏，第四步，根據(jù)得到來自偽隨機數(shù)產(chǎn)生模塊的偽隨機數(shù)信號numin，讀地址，移動光標位置，第五步，在光標位置寫特殊字符，代表地鼠出現(xiàn)。libraryieee;useIEEE.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitylcddis port(clk,reset:instd_logic; numin:instd_logic_vector(3downto0); LCD_Data:bufferstd_logic_vector(8downto0); en:outstd_logic; rw:outstd_logic; judge:outstd_logic_vector(8downto0); LCD_Clk:bufferstd_logic );endlcdd;architecturegongnengoflcddissignals:integerrange0to5000000;begin--50MHzto5Hzprocess(clk,reset)begin ifreset='0'then LCD_Clk<='0'; s<=0; elsifclk'eventandclk='1'then ifs=5000000then s<=0; LCD_Clk<=notLCD_Clk; else s<=s+1;endif;endif;endprocess;rw<='0';en<=LCD_Clk;process(LCD_Clk)variablecnt1:std_logic_vector(2downto0):="000";beginifReset='0'thenLCD_Data<="000000001";--Resetzanting--LCD_Data[8..0],其中LCD_Data[8]對應1602的RS，--LCD_Data[7..0]對應1602的八根數(shù)據(jù)線elsifrising_edge(LCD_Clk)thenifcnt1<"101"thencnt1:=cnt1+1;elsecnt1:="001";endif;casecnt1iswhen"001"=>LCD_Data<="000111000";when"010"=>LCD_Data<="000001100";when"011"=>LCD_Data<="000000001";when"100"=>casenuminiswhen"0000"=>LCD_Data<="010000010";---3when"0001"=>LCD_Data<="010001100";---13when"0010"=>LCD_Data<="010000111";--8when"0011"=>LCD_Data<="010001100";--13when"0100"=>LCD_Data<="011000010";--2.3when"0101"=>LCD_Data<="011001100";---2.13when"0110"=>LCD_Data<="011000111";--2.8when"0111"=>LCD_Data<="010000111";---8when"1000"=>LCD_Data<="011001100";--2.13when"1001"=>LCD_Data<="011000010";---2.3when"1010"=>LCD_Data<="010001100";--l3when"1011"=>LCD_Data<="010000010";---3when"1100"=>LCD_Data<="011000111";--2.8when"1101