北邮数电实验报告_简易迷宫游戏

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1、数字电路与逻辑设计实验简易迷宫游戏专业：电子信息工程姓名：班级：学号：班内序号：设计课题的任务要求（一）实验目的1.熟练掌握VHDL语言和QuartusII软件的使用；2.理解状态机的工作原理和设计方法；3.掌握利用EDA工具进行自顶向下的电子系统设计方法；（二）相关知识本实验主要利用状态机来设计实现一个简易迷宫系统，本系统分为控制器与受控电路两部分。控制器主要控制整个系统按设定的工作方式实现点阵、计时器、数码管工作的通与断，并使用逻辑判断判决小人是否移动与否和移动的方向。同时本实验也运用到了包括分频器、计数器、数码管、点阵等相关知识。主要利用六位数码管显示30s计时和小人移

2、动步数，用点阵显示开机画面、迷宫地图、小人移动过程和游戏失败、胜利的相应画面。（三）实验任务基本要求：1、用8×8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BTN0～BTN3四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，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8×8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。

3、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.增加了计时显示的精确度，让倒计时精确到0.01s4.增加了开机画面，当按下START开始键后，点阵上开始显示“GO-6-5-4-3-2-1”的开始画面。系统设计（一）设计思路此程序利用自顶向下的设计思想。首先要考虑实现基本功能所需要哪些模块，倒计时的功能要用数码管来实现，地图的显示和迷宫游戏中动画的交互要用8×8点阵来实现，方向的选择和开始游戏需要独立按键来显示，这些都是最顶层的模块。然后，要实现这些模块，第一需要适当的时钟频率来驱动，这就要完成一个分频器，根据点阵、数码管以

4、及独立按键各自的特征完成相应频率的分配。实现倒计时功能的时候，需要一个计时器在每秒改变一次数码管的显示状态，于是还需要一个计时器模块。而数码管动态扫描需要相应的LED灯亮灭，这就需要先定义好了显示相应数字的时候对应八段LED的高低电平状态。点阵的显示控制原理和数码管类似，都是一个较高频率的动态扫描过程，只是代码量更大。其次，也是该程序最关键的地方就是绿色小人移动的控制。题干中说明小人撞墙后原地不动，不撞墙的时候进行移动。这就需要我们判断是否撞墙。经过和同学的商讨，我绝对将点阵坐标化，而小人所处的位置用（x,y）表示并实时的更新，然后将墙壁坐标封装好，当下一步的坐标在墙壁坐标的

5、集合中则判定为撞墙，否则根据方向进行移动。而终点坐标也都是提前用代码设定好的，这样通过坐标显示出点阵应该进行的下一画面。到此为止，该实验的基本功能都已经规划得较为清晰。对于提高要求，我通过一个拔码开关控制初始迷宫地图的选择，在程序中加入一个输入信号来选择相应地图；在程序中添加两个计数变量，分别表示步数的个位和十位，两者添加到判断撞墙与否的逻辑语句中，在数码管显示模块中增加两个数码管的显示便可实现。此外，为了丰富点阵界面，我还添加了开机画面，通过一个1s加1的变量扫描显示“GO-6-5-4-3-2-1”；想到很多倒计时显示中个都精确到了0.01s甚至更精确，我又增加两个数码管来

6、显示倒计时的小数点后两位。（一）总体框图1.系统结构框图1.逻辑划分方框图1.控制模块流程图1.状态转移图（一）分块设计①点阵模块：点阵模块主要分为点阵扫描显示模块、小人移动逻辑判断模块。扫描显示模块，主要是对迷宫地图、开机动画以及小人移动变化后的图案进行动态扫描，完成游戏交互。开机画面通过一个一秒更新一次的变量，然后通过case语句来完成扫描；地图图案的显示也是同样的方案，只不过要胜利或者失败的逻辑判断。小人移动的逻辑判断模块，主要通过坐标定位。首先将地图中墙壁的坐标位置封装好，然后将小人时刻的位置定义为（x,y）,再根据按键对x,y进行变化，最后通过判断新的坐标是否在封装

7、好的墙壁集合中来进行移动与否的判决。如果移动则更新（x,y）；如果不移动，则保持（x,y）不变。②数码管显示模块：数码管显示模块主要分为30s倒计时模块和小人移动步数计数模块倒计时模块中将一个1KHZ的时钟信号进行四次的十分频，可以得到一个精确到0.01s的倒计时。每个变量都是十进制的数，再将它们传送到数码管动态扫描模块，便可以顺利地显示30s倒计时。小人移动步数计数模块，定义两个计数变量count、count10分别表示计数的个位和十位，将其放在小人移动逻辑判断模块中，当逻辑判定为移动，则将count