北京邮电大学-数字电路和逻辑设计实验-实验报告

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1、数字电路与逻辑设计实验（下）实验报告学班姓学实验名称：数字记忆力游戏的设计与实现院：信息与通信工程学院级：XXXXX名：XXXXX号：XXXXXX班内序号：&指导教师：XXXXX日期：2017年11月7日目录实验总结报告错误!未定义书签。1.实验任务要求错误!未定义书签。2.系统设计错误!未定义书签。2.1设计思路32.2总体框图42.3逻辑流程图42.4分块设计说明53.仿真波形及波形分析63.1按键消抖模块仿真63.2点阵模块仿真63.3数码管模块仿真73.4矩阵键盘模块仿真83.5随机数模块仿真93.6蜂鸣器模块仿真94.源程序104.1顶层文件104.2

2、模块文件185.功能说明及资源利用355.1功能说明355.2资源利用356.故障及问题分析357.总结及结论368.参考文献361.实验任务要求设计实现一个训练记忆力的游戏，以训练人的大脑对数字的敏感程度及短吋I'可记忆效果。基本要求：1、本游戏共三关，游戏关数由数码管D1SP0显示；2、启动游戏时，8X8点阵显示欢迎界面；3、按下开始键，游戏进入第一关。此吋数码管会随机显示一组0〜9的5位数字，保持5秒后消失，5秒采用点阵倒计时显示。数字消失后，玩家通过瞬时记忆，采用4X4矩阵键盘按照原先的数字显示顺序输入5位数字并用数码管显示，如数字全部正确，蜂鸣器发声并

3、进入下一关；如有错误，则重新开始第一关游戏；4、游戏第二关为随机显示6位数字，保持5秒后消失，游戏规则同上；5、游戏第三关为随机显示6位数字，保持3秒后消失，游戏规则同上；6、游戏第三关结束后点阵显示胜利图案；7、游戏可以随时退出。提高要求：1、随机数字采用LCD1602液晶屏显示；2、游戏胜利时播放音乐；3、增加高级模式：在高级模式下，要求记住所有显示的数字后按照从小到大的顺序依次排列这组数字，并采用4X4键盘输入和数码管显示，如果全部正确，进入下一关；4、自拟其他功能。2・系统设计2.1设计思路分析实验要求可知，本实验所涉及的硬件模块分别为：数码管、键盘、点

4、阵、蜂鸣器、时钟模块。故在整个实验的规划中，首先应做的就是把各个硬件部分的工作原理弄明白并能够编写VHDL代码实现硬件的基本功能。在已经理解硬件模块工作原理的基础上，下一步是基于实验要求设计“键盘及按键的消抖模块”、“随机数的生成模块”将各个硬件模块联系在一起。当这些基本模块全部调试成功之后，意味着各个模块的功能都已经成功实现，最后阶段需要做的就是：理清各个关卡之间跳转的逻辑，编写VHDL代码将所有的模块以严谨的逻辑“黏合”在一起并能成功烧在实验板上完成整个数字记忆游戏流程。2.2总体框图2.3逻辑流程图2.4分块设计说明程序主要分为6个模块：点阵模块，键盘模块

5、，数码管模块，蜂鸣器模块，随机数模块，消抖模块。以下进行详细介绍。1.点阵模块点阵模块，共由8*8*2个发光二极管组成，行低电平有效，列高电平有效。整个实验总共设讣了七幅图，分别为表示倒讣时的五幅图、开始及结束的两幅图，先将要显示的每幅图像画在8縄个小方格的矩形框屮，再在有图案处的小方格里填上“1”，无图案处填上“0”,这样就形成了与图案所对应的二进制数据在该8*8点阵上的分布。2.键盘模块本模块主要是扫描4X4键盘，然后获取其键值，并对其进行编码，从而进行按键的识别，并将相应的按键值进行显示。键盘扫描的实现过程如下：对于4X4键盘，通常连接为4行、4列，因此要

6、识别按键，只需要知道是哪一行和哪一列即可，为了完成这一识别过程，我们的思想是，首先固定输出高电平，在读入输出的行值时，通常高电平会被低电平拉低。如果读入的4行均为高电平,那么肯定没有按键按下，否则，如果读入的4行有一位为低电平，那么对应的该行肯定有一个按键按下，这样便可以获取到按键的行值。同理，获取列值也是如此，先输出4列为高电平，然后在输出4行为低电平，再读入列值，如果其中有哪一位为低电平，那么肯定对应的那一列有按键按下。3.数码管模块本实验采用七段数码管，当数码管的中的一个段被输入高电平，则相应的这一段被点亮,反之则不亮。在键盘获取到行值和列值以后，编码为0

7、~9的数据，根据不同的键值编码点亮数码管的不同段，以直观的形式显示出对应的键值。4.蜂鸣器模块当每一关通关成功后，蜂鸣器被赋予高电平鸣声表示通关成功。第三关成功通关后，蜂鸣器按时钟分出不同的频率发出do、re.mi、fa、so等基准音调，并按照已有的乐谱播放出一段优美的咅乐用以庆祝成功通关。5.随机数模块关于随机数的生成，经过查阅资料采用两种不同的方式编写了生成随机数的VIIDL模块代码：第一种是通过时钟分频分出六个彼此不相关的频率，用分出的六个频率分别计数，在某一时刻触发时，获取触发时刻的六个值并将它们显示在数码管上作为生成的随机数；第二种是利用16位二进制M

8、伪随机序列，每个时钟上升