基于Xilinx的FPGA的 健身游戏机设计
院 系： 电子与信息工程
专 业： 电信
班 级：
姓 名：
学 号：
指导教师：
●设计任务名称：基于Xilinx的FPGA的健身游戏机设计
●设计内容及要求：
1、基本功能：
用8个灯作目标，与之对应有8个按键进行控制。每一次8个灯中随机出现一个灯处于“亮”的状态，在灯亮的时间内要求“踩”到对应的按键，若踩到则加1分，且灯熄灭；否则失败扣一分。
设定初始命数为9，连续成功五次加1条命，分数不清0，连续失败5次扣一条命，命数为0时游戏结束。
游戏分四个难度级别，每个级别灯闪亮的速度不同，级别越高，速度越快，灯亮的时间越短。连续加两条命则速度加1.
设有暂停/继续和开始/停止功能，能记录和更新历史最高分数。控制液晶显示器进行相应的显示。命数最多显示为99条，分数最多显示为999分。
2、扩展功能：
每个难度级别对应产生不同的音乐，与灯闪的频率节奏相当。
●实验条件说明
Spartan-3E入门实验板：
自己设计外围电路：
提供芯片有：译码器74LS138，编码器74LS148，其余有，LED灯8个，按键8个，1k电阻8个，510Ω电阻1个，排线两根，导线一组，排针一组，设计好的外围电路如下：
●系统设计
⏹系统框图与说明
音乐模块
外接LED灯
外部按键输入
说明：
外部按键输入：通过74LS148编码器实现8线—3线编码，实现对应按键输入，因为编码器特性，全部为高时输出为1111（其中最高位为状态为）而在其他状态下区间为（0000----0111），可以方便实现与随机数的比较从而实现分数计算。具体电路图及逻辑见外设部分。
分数计算模块：实现外部按键与内部随机数的匹配比较，若匹配则分数加1，同时为命数模块提供一个win脉冲用来计数；若不匹配则分数减1，同时为命数模块提供一个lose脉冲用来计数。要求保留最高分数。这里要求对按键与随机数的比较次数进行识别，一个随机数只能比较一次，详见详细设计部分。
命数计算：通过分数计算模块说提供的win和lose信号进行计数，累计到5，则实现命数加减1，要求当命数连续加2后输出一个speed信号，此信号给音乐模块和随机数模块，进行音乐的变化和速度的升级。同时在命数减为0后输出一个over信号，告诉系统游戏结束。
随机数生成模块：此模块主要实现伪随机数输出，并且根据speed信号进行生成速度的转换，同时要求在pause信号和over信号为1时停止随机数输出。随机数外接到外设部分，通过译码器控制LED灯的亮灭。
外接LED 灯：根据随机数，通过74LS138译码器控制对应LED灯的随机闪烁。
LCD显示模块：根据分数计算模块，命数模块所输入BCD码以及内部设定在LCD上显示控制信息和生命分数信息。
音乐模块：通过speed信号的输入，控制音乐乐谱的变化，同时当over信号为高时停止音乐输出。
⏹状态转换图与说明
本实验涉及的状态转换较多，这里只详细介绍我所设计的模块的状态转换：
1：分数计算模块：
状态说明：这里S0状态下，将随机数random赋给一个中间变量random-temp，
然后比较按键信号和随机信号，若按键信号和随机信号相等，转入S1,否则转入S2；在S1状态下，若按键和随机数相等且随机信号和中间变量random-temp相等，意味着随机数没变化，则在S1处循环，直到随机数与中间变量不相等，意味着随机数发生变化，则分数加1；另外若在S1状态下，按键和随机数不等，则意味着按键已经抬起，但此时属于正确情况，则在随机数变化后，分数加1，状态转到S0；在S2状态下，若按键信号为“1111”,则意味着没有任何按键按下，则在随机信号变化之前，处于在S2状态循环，若随机信号变化，仍为“1111”，意味着没来的及按下，分数减1，转到S0，若在S2状态下，按键信号等于随机信号，意味着按键正确，则转入S1，若在S2状态下，按键信号不等于随机信号，同时也不等于“1111”，则判断按错，扣一分，转入S3；在S3状态下，一直处于循环，直到随机数变化转到S0。
完成完整的循环，上述状态变化，实现了判断按键与随机数的具体逻辑。后文有具体代码。
2：音乐模块：
Res
状态说明：音乐模块比较简单，主要是在乐谱里有状态的转换，状态S0为第一个曲谱，以Res信号为准，直接进入此状态，在S0状态下，遇到speed脉冲信号，则转换为S1为第二个曲谱，以此类推，没遇到一个speed转换一个曲谱，知道S3状态为最后的曲谱。
⏹输入输出设计（按键，数码管，发光管，蜂鸣器）与说明
分数计算模块：
res：输入为复位键，设置分数初始值为0，但不影响最大分数
clk：时钟输入，时钟触发，这里为了方便音乐模块选择1Mhz频率。
random：随机数输入，为4位总线。
button：按键输入，为4位总线。
lose：扣分输出一个正脉冲。
win：得分输出一个正脉冲。
六个4位总线输出，代表着分数和最大分数的BCD码。
命数模块：
res：复位信号，设置初始命数为9。
clk：时钟信号。
win：信号输入，控制是否加命。
lose：信号输入，控制是否减命。
speed：信号输出，连续加两命一个正脉冲。
Over:信号输出，命数为0则为1.
四个4位总线输出，分别代表命数和最大命数的BCD码。
随机数生成模块：
res复位信号，设置初始状态。
clk1m信号：时钟信号,做触发源。
clka：最低频率时钟信号，0.5Hz。
clkb：次低频时钟信号，2/3Hz。
clkc：较高频时钟信号，1Hz。
clkd：最高频时钟信号，2Hz。
Speed：信号输入，改变速度。
Pause：暂停控制信号。
Over：输出信号，生命为0。
Random：随机数输出。
音乐模块：
Res复位信号，设置初始状态。
Clk1m信号：时钟信号，触发源，分频后控制音节频率。
Clk8：时钟信号，用来控制音节节拍。
Over信号：命数为0时为高电平输入，此时音乐停止。
Pause信号：为高时音乐停止。
Mus信号：就是speed信号，控制曲谱的变化。
M_output：输出至喇叭，通过频率的变化出现音乐。
LCD模块：
res复位信号，设置初始状态。
最大生命；最大分数；当前分数；当前命数的BCD码输入。
Clk信号：时钟信号，这里是500HZ
Pause信号：为高时显示PAUSE
Over信号：为高时显示GAMEOVER
输出为液晶控制信号，有rs,rw,en和数据4位输出。
外设部分：
电路原理图如下
上部的芯片是译码器74LS138，实现3位随机数对应随机的8个LED灯。
下面的芯片是编码器74LS148，实现8个按键对应四位码值输出。
对于74LS138比较熟悉，在我们的数电和电子设计的书上都有对其用法的介绍，这里就不详细介绍，只重点介绍74LS148编码器，首先看下面的真值表：
可以看出，当没有任何按键输入时，恒定输出为1111，符合分数计算要求的逻辑，不过这里有一个地方要说明，验收时老师问我如果都按下会是什么效果，我说以第一个按下的键位为准，这个说法现在看来是错误的，按照真值表可知，这个按键是有优先级的，都按下时，输出为0000。
画出的PCB版图如下所示：
⏹详细设计关键代码及说明
1．分数计算模块：
端口设定代码如下
entity maxscore is
Port ( clk1m : in STD_LOGIC;
res : in STD_LOGIC;
random : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);
button : in STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0);
win : out STD_LOGIC;
lose : out STD_LOGIC;
max100 : out STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);
score100 : out STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);
max10 : out STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);
score10 : out STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);
max1 : out STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);
score1 : out STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0));
end maxscore;
分数计算代码段如下：
（对应于上面所描述的此模块的状态图）
signal random1:std_logic_vector(3 downto 0); --定义中间信号变量，用于寄存随机变量
signal s0,s1,s2,s3:std_logic;
begin
process(clk50m)
begin
if rising_edge(clk50m) then
if res='1' then
s0<='1';
s1<='0';
s2<='0';
s3<='0';
win<='0';
lose<='0';--res复位信号，状态转到S0，win信号和lose信号为0
elsif s0='1' then
random1<=random;--S0状态下，将随机数赋给中间变量
if button = random then
s1<='1';
s2<='0';
s0<='0';
s3<='0';
win<='0';
lose<='0';
--S0状态下，在按键与随机数相匹配时转到S1状态
else
s1<='0';
s2<='1';
s0<='0';
s3<='0';
win<='0';
lose<='0';--S0状态下，在按键与随机数不匹配时转到S2状态
end if;
elsif s1='1' then
if button = random then
if random1=random then
s1<='1';
s2<='0';
s0<='0';
s3<='0';
win<='0';
lose<='0';--S1状态下，若按键和随机数相等
且随机数没有变化，则在S1状态下循环
else
s1<='1';
s2<='0';
s0<='0';
s3<='0';
random1<=random;
win<='1';
lose<='0'; --S1状态下，若按键与随机数相等，
随机数又发生变化，证明已经是第
二次的随机数，则win信号给一个正脉冲
end if;
elsif random1=random then
s1<='1';
s2<='0';
s0<='0';
s3<='0';
win<='0';
lose<='0';--若在S1状态下按键与随机数不等
证明按键抬起，此时若随机数未
变，则仍在S1状态循环。
else
s0<='1';
s1<='0';
s2<='0';
s3<='0';
win<='1';
lose<='0';--若S1下，按键与随机数不等，且
随机数变化，根据上述分析，win
给一个正脉冲。回到S0
end if;
elsif s2='1' then
if button = "1111" then
if random1=random then
s1<='0';
s2<='1';
s0<='0';
s3<='0';
win<='0';
lose<='0';--在S2状态下，若按键为“1111”，
且随机数未变，则在S2循环
else
s0<='1';
s1<='0';
s2<='0';
s3<='0';
win<='0';
lose<='1';--若S2下，按键为“1111”。随机数
变化，则回到状态S0，给lose一个
正脉冲
end if;
elsif button = random then
s1<='1';
s2<='0';
s0<='0';
s3<='0';
win<='0';
lose<='0';--若S2下，按键符合随机数，转到
状态S1。
else
s1<='0';
s2<='0';
s0<='0';
s3<='1';
win<='0';
lose<='1';--若S2下，按键不符合随机数，且
不是“1111”，则给lose一个正脉
转到S3。
end if;
elsif s3='1' then
if random1=random then
s1<='0';
s2<='0';
s0<='0';
s3<='1';
win<='0';
lose<='0';--S3下，若随机数不变，则在S3循环。
else
s1<='0';
s2<='0';
s0<='1';
s3<='0';
win<='0';
lose<='0';--S3下，若随机数变化，则转到S0。
end if;
end if;
end if;
end process;
最大值判断模块：
process(clk50m)
begin
if rising_edge(clk50m) then
if res='1' then
scoret1<="0000";
scoret10<="0000";
scoret100<="0000";
scorem1<="0000";
scorem10<="0000";
scorem100<="0000";--复位信号，给最大值和分数赋0初值。
elsif winx='1' then
if scoret100 = "1001" and scoret10 = "1001" and scoret1 = "1001" then
scoret100 <= "1001";
scoret10 <= "1001";
scoret1 <= "1001"; --保证分数不超过999。
elsif scoret1="1001" then
scoret1<="0000" ;
scoret10<=scoret10+1;
elsif scoret10="1001"+1 then
scoret10<="0000";
scoret100<=scoret100+1;
else
scoret1<=scoret1+1; --实现分数在win信号下累加。
end if;
elsif losex='1' then
if scoret100 = "0000" and scoret10 = "0000" and scoret1 = "0000" then
scoret100 <= "0000";
scoret10 <= "0000";
scoret1 <= "0000";--保证分数不小于000
elsif scoret1="0000" then
scoret1<="1001" ;
scoret10<=scoret10-1;
elsif scoret10="0000"-1 then
scoret10<="1001" ;
scoret100<=scoret100-1;
else
scoret1<=scoret1-1;--实现分数在lose信号下递减。
end if;
end if;
if scorem100 scorem10<=scoret10; scorem1<=scoret1;--若最高位当前分数大于最大分数，则对最大值进行刷新 elsif scorem100=scoret100 and scorem10 scorem10<=scoret10; scorem1<=scoret1;--若最高为相等，十位当前分数大于最大分数，对最大值刷新。 elsif scorem100=scoret100 and scorem10=scoret10 and scorem1 scorem10<=scoret10; scorem1<=scoret1; --若最高位和十位都相等，个位的当前分数大于最大值，对最大值进行刷新。 else scorem100<=scorem100; scorem10<=scorem10; scorem1<=scorem1; --其余情况下最大值不变 end if; end if; end process; 2．音乐模块 首先对音乐模块进行简单介绍：乐曲都是有音符组成的，而音符由频率节拍数组成，音符的频率由pinpu模块实现，这里通过网络查到，各个音节的频率，在fenpin模块进行1mhz时钟输入，然后调用各个音节对应的初值，进行分频，由于直接分频得到的脉冲信号脉宽极窄，所以需另加一个D触发器以均衡其占空比，但得到的频率将变为原来的1/2。 在qupu模块中，存储该乐曲的音符的时长【即节拍数】。TONETABS的CLK输入的是8HZ的脉冲，即0.125S相当于7音符的持续时间为1S。 Pinpu模块 entity pinpu is Port ( INDEX : IN INTEGER RANGE 0 TO 20; TONE: OUT INTEGER RANGE 0 TO 16#7FF#); end pinpu; architecture Behavioral of pinpu is begin PROCESS( INDEX ) BEGIN CASE INDEX IS WHEN 0 =>TONE<=2047; --CODE <=0; HIGH<='0'; WHEN 1 =>TONE<=139; -- CODE <=1; HIGH<= -1; WHEN 2 =>TONE<=348; --CODE <=2; HIGH<= -1; WHEN 3 =>TONE<=532; --CODE <=3; HIGH<= -1; WHEN 4 =>TONE<=614; -- CODE <=4; HIGH<= -1; WHEN 5 =>TONE<=771; --CODE <=5; HIGH<= -1; WHEN 6 =>TONE<=911; --CODE <=6; HIGH<= -1; WHEN 7 =>TONE<=1035; -- CODE <=7; HIGH<= -1; WHEN 8 =>TONE<=1091; -- CODE <=1; HIGH<= '0'; WHEN 9 =>TONE<=1182; --CODE <=2; HIGH<= '0'; WHEN 10 =>TONE<=1288; --CODE <=3; HIGH<= '0'; WHEN 11 =>TONE<=1324; --CODE <=4; HIGH<= '0'; WHEN 12 =>TONE<=1409; -- CODE <=5; HIGH<= '0'; WHEN 13 =>TONE<=1479; --CODE <=6; HIGH<= '0'; WHEN 14 =>TONE<=1541; --CODE <=7; HIGH<= '0'; WHEN 15 =>TONE<=1569; --CODE <=1; HIGH<= '1'; WHEN 16 =>TONE<=1622; --CODE <=2; HIGH<= '1'; WHEN 17 =>TONE<=1668; --CODE <=3; HIGH<= '1'; WHEN 18 =>TONE<=16; --CODE <=4; HIGH<= '1'; WHEN 19 =>TONE<=1728; --CODE <=5; HIGH<= '1'; WHEN 20 =>TONE<=1763; --CODE <=6; HIGH<= '1'; WHEN OTHERS=>NULL; END CASE; END PROCESS; 用2047减去每个音节的初值，就是实现此音节的分频数。 Fenpin模块 entity fenpin is Port ( res :in std_logic; over :in std_logic; pause:in std_logic; CLK1M : in STD_LOGIC; TONE: IN INTEGER RANGE 0 TO 16#7FF# ; SPKS : out STD_LOGIC); end fenpin; architecture Behavioral of fenpin is SIGNAL FULLSPKS: STD_LOGIC; SIGNAL COUNT11: INTEGER RANGE 0 TO 16#7FF#; SIGNAL COUNT2: STD_LOGIC:='0'; begin PROCESS( CLK1M, TONE) BEGIN IF CLK1M'EVENT AND CLK1M='1' THEN IF res = '1' or over='1' or pause ='1' then COUNT11<=16#7FF#; --在复位，结束，暂停模式下， 无音频信号输出 elsif COUNT11=16#7FF# THEN COUNT11<= TONE; FULLSPKS<='1'; --每个音节对应自己的分频数， 进行分频 ELSE COUNT11<=COUNT11+1; FULLSPKS <='0'; END IF; END IF; END PROCESS; PROCESS( FULLSPKS ) BEGIN IF FULLSPKS'EVENT AND FULLSPKS='1' THEN COUNT2<=NOT COUNT2; IF COUNT2='1' THEN SPKS <='1'; ELSE SPKS <='0'; END IF; --D触发器，对每个音节已经分的频率再次2分频。 END IF; END PROCESS; qupu模块 Signal COUNTER : INTEGER RANGE 0 TO 215; signal s0,s1,s2,s3: std_logic:='0'; begin process(clk1m) begin if rising_edge(clk1m) then if res='1' then s0<='1'; s1<='0'; s2<='0'; s3<='0'; --复位时设置状态为S0 elsif s0='1' then if music='1' then s0<='0'; s1<='1'; s2<='0'; s3<='0'; --S0状态时music有脉冲，则转到S1 否则S0循环 else s0<='1'; s1<='0'; s2<='0'; s3<='0'; end if; elsif s1='1' then if music='1' then s0<='0'; s1<='0'; s2<='1'; s3<='0'; else s0<='0'; s1<='1'; s2<='0'; s3<='0'; --S1状态时music有脉冲，则转到S2 否则S1循环 end if; elsif s2='1' then if music='1' then s0<='0'; s1<='0'; s2<='0'; s3<='1'; else s0<='0'; s1<='0'; s2<='1'; s3<='0'; --S2状态时music有脉冲，则转到S3 否则S2循环 end if; end if; end if; end process; process(CLK8,music) Begin If COUNTER=213 or music='1' then COUNTER<=0; Elsif(CLK8'EVENT AND CLK8='1')then COUNTER<=COUNTER+1; End if; --对曲谱的自动递增循环 End process; PROCESS(COUNTER) begin if s0='1' then CASE COUNTER IS WHEN 0 =>TONEINDEX <=3; WHEN 1 =>TONEINDEX <=3; WHEN 2 =>TONEINDEX <=3; WHEN 3 =>TONEINDEX <=3; …………………………………………………………… 以下是对不同状态下不同曲谱的描述，原理简单，这里不赘述。 6. LCD 模块 entity lcd is Port ( res : in STD_LOGIC; clk500 : in STD_LOGIC; mlife10 : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); mscore100 : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); life10 : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); score100 : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); mlife1 : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); mscore10 : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); life1 : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); score10 : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); mscore1 : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); score1 : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); pause : in STD_LOGIC; over:in STD_LOGIC; output : out STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); lcd_en : out STD_LOGIC; lcd_rs : out STD_LOGIC; lcd_rw : out STD_LOGIC); end lcd; architecture Behavioral of lcd is type my_state is(A,B,C,D,E,G,H,I,J,K,L,M,O,ra,rc,rd,re,rf,rg,rh,rj,rk,rm,rn,ro,rp,rs,rx,ry, sa,sc,sd,se,sf,sg,sh,sj,sk,sm,sn,so,sp,sx,sy); signal state,next_state : my_state; signal count: integer range 0 to 4:=0; begin lcd_en <= clk; --对en使能的设置，使其等于500hz的时钟 lcd_rw<='0'; --设置rw为0 process(clk,res) begin if res='1' then state<=A; --初始状态为A elsif rising_edge (clk) then state <= next_state; end if; end process; process(state,next_state) begin lcd_rs<='0'; case (state) is when A=> output<="0011"; next_state<=B; when B=> output<="0011"; next_state<=C; when C=> output<="0011"; next_state<=D; when D=> output<="0010"; next_state<=E; when E=> output<="0010"; next_state<=G; when G=> output<="1000"; next_state<=H; when H=> output<="0000"; next_state<=I; when I=> output<="0110"; next_state<=J; when J=> output<="0000"; next_state<=K; when K=> output<="1100"; next_state<=L; when L=> output<="0000"; next_state<=M; when M=> output<="0001"; next_state<=O; --上面是对液晶的初始设置 when O=> output<="1000"; next_state<=ra; when ra=> output<="0000"; next_state<=rc; --液晶显示的地址 when rc=> lcd_rs<='1'; output<="0101"; next_state<=ps1; when ps1=> lcd_rs<='1'; if pause = '1' then output<="0000"; next_state<=ps2; --若PAUSE信号为高则显示P，否则显示S else output<="0011"; next_state<=ps2; end if; when ps2=> lcd_rs<='1'; if pause = '1' then output<="0100"; next_state<=ps3; else output<="0101"; next_state<=ps3; end if; when ps3=> lcd_rs<='1'; if pause = '1' then output<="0001"; next_state<=ps4; else output<="0100"; next_state<=ps4; --若PAUSE信号为高则显示A，否则显示T end if; when ps4=> lcd_rs<='1'; if pause = '1' then output<="0101"; next_state<=ps5; else output<="0100"; next_state<=ps5; end if; when ps5=> lcd_rs<='1'; if pause = '1' then output<="0101"; next_state<=ps6; else output<="0001"; next_state<=ps6; --若PAUSE信号为高则显示U，否则显示A end if; when ps6=> lcd_rs<='1'; if pause = '1' then output<="0101"; next_state<=ps7; else output<="0101"; next_state<=ps7; end if; when ps7=> lcd_rs<='1'; if pause = '1' then output<="0011"; next_state<=ps8; else output<="0010"; next_state<=ps8; --若PAUSE信号为高则显示S，否则显示R end if; when ps8=> lcd_rs<='1'; if pause = '1' then output<="0100"; next_state<=ps9; else output<="0101"; next_state<=ps9; end if; when ps9=> lcd_rs<='1'; if pause = '1' then output<="0101"; next_state<=rd; else output<="0100"; next_state<=rd; --若PAUSE信号为高则显示E，否则显示T end if; when rd=> output<="1000"; next_state<=rd1; when rd1=> output<="0111"; next_state<=mh1; --液晶显示地址 when mh1=> lcd_rs<='1'; output<="0100"; next_state<=mh2; when mh2=> lcd_rs<='1'; output<="1101"; next_state<=mh3; --显示M when mh3=> lcd_rs<='1'; output<="0101"; next_state<=mh4; when mh4=> lcd_rs<='1'; output<="0011"; next_state<=mh5; --显示S when mh5=> lcd_rs<='1'; output<="0011"; next_state<=mh6; when mh6=> lcd_rs<='1'; output<=mscore100; next_state<=mh7; when mh7=> lcd_rs<='1'; output<="0011"; next_state<=mh8; when mh8=> lcd_rs<='1'; output<=mscore10; next_state<=mh9; when mh9=> lcd_rs<='1'; output<="0011"; next_state<=mh10; when mh10=> lcd_rs<='1'; output<=mscore1; next_state<=mh11; --以上显示最大分数 when mh11=> lcd_rs<='1'; output<="0100"; next_state<=mh12; when mh12=> lcd_rs<='1'; output<="1101"; next_state<=mh13; --显示M when mh13=> lcd_rs<='1'; output<="0100"; next_state<=mh14; when mh14=> lcd_rs<='1'; output<="1100"; next_state<=mh15; --显示L when mh15=> lcd_rs<='1'; output<="0011"; next_state<=mh16; when mh16=> lcd_rs<='1'; output<=mlife10; next_state<=mh17; when mh17=> lcd_rs<='1'; output<="0011"; next_state<=mh18; when mh18=> lcd_rs<='1'; output<=mlife1; next_state<=rj; --以上显示最大生命值 when rj=> output<="1100"; next_state<=rk; when rk=> output<="0000"; next_state<=rx; --选择液晶显示地址 when rx=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="0100"; else output<="0101"; end if; next_state<=ry; when ry=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="0111"; else output<="0011"; end if; next_state<=rm; --若OVER为1，显示G，否则显示S when rm=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="0100"; else output<="0011"; end if; next_state<=rn; when rn=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="0001"; else output<=score100; end if; next_state<=rn1; --若OVER为1，显示A，否则显示分数的百位 when rn1=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="0100"; else output<="0011"; end if; next_state<=ro; when ro=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="1101"; else output<=score10; end if; next_state<=rp; --若OVER为1，显示M，否则显示分数的十位 when rp=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="0100"; else output<="0011"; end if; next_state<=rs; when rs=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="0101"; else output<=score1; end if; next_state<=sa; --若OVER为1，显示E，否则显示分数的个位 when sa=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="0100"; else output<="0010"; end if; next_state<=sc; when sc=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="1111"; else output<="0000"; end if; next_state<=sd; --若OVER为1，显示O，否则显示空格 when sd=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="0101"; else output<="0100"; end if; next_state<=se; when se=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="0110"; else output<="1100"; end if; next_state<=sf; --若OVER为1，显示V，否则显示L when sf=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="0100"; else output<="0011"; end if; next_state<=sg; when sg=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="0101"; else output<=life10; end if; next_state<=sh; --若OVER为1，显示E，否则显示生命的十位 when sh=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="0101"; else output<="0011"; end if; next_state<=go1; when go1=> lcd_rs<='1'; if over='1' then output<="0010"; else output<=life1; --若OVER为1，显示R，否则显示生命的个位 end if; next_state<=O; --回到O状态循环检测数值的变化 end case; ●系统仿真 1.分数计算模块 包括了几乎所有可能的按键取值，通过仿真可以看出各种情况都满足要求，同时最分数和最大生命数满足要求。不随复位键更改。 2.其余模块 我做的另外两个模块都无法通过仿真验证，所以是在板子上验证的。 其中LCD模块验证结果如下 ●实验总结： 这次的实验在难度上要比上次所作的交通灯要大很多，不过可能是因为在交通灯中学到了不少经验，对于整个流程有了一个比较正确的方向性，所以在软件这一块感觉很轻松，其中比较有难度的一个是分数与按键的匹配判定，还有一个就是音乐的生成，通过画状态图，还有上网查资料，一切都还顺利。 最有难度，也是花了最多时间的反而是硬件，本来觉得这个外接电路并不复杂，PCB应该不难设计，可是真正设计来才发现它的难度，多次的返工几乎让我们放弃，可是当时的感觉就是已经花了这么多的时间，放弃实在是不忍心，骑虎难下啊！终于把PCB设计完，在制作过程中仍旧是一波多折，因为对流程的不熟悉，还有操作的不灵活，导致印制的板子失败了三次，整整两天，终于把板子做好，以为可以放心的焊接上电，新的问题接踵而来，因为设计的失误，导致铜线过细，焊接上一个不小心就造成短路，焊完后才发现这个问题，此时近百的焊点一个一个排查，着实是个大工程，可怜我和潘峰，一个拿万用表，一个拿着电路板，一个姿势就是几个小时，问题出现就要解决，解决短路的问题又引出新的问题，因为铜线过细，一个不小心，铜线就断掉了，用焊锡接，又一个不小心，短路了……如此重复，等到最终作完，才发现，除去前期的思考和学习，真正的制作过程有6天，其中4天竟然都是在做硬件…… 虽然困难重重，但却深刻的感觉到学到了很多东西，前路慢慢，仍需努力啊！ 最后很感谢杨老师给我的帮助，没有您的指导，我必然要走更多的弯路，没有上过您的FPGA的课，我也不可能完成的这么轻松！ 谢谢您！！ ●附录（管脚分配） NET "button<0>" LOC = "D7" ; NET "button<1>" LOC = "C7" ; NET "button<2>" LOC = "F8" ; NET "button<3>" LOC = "E8" ; NET "clk50m" LOC = "C9" ; NET "lcd_en" LOC = "M18" ; NET "lcd_rs" LOC = "L18" ; 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