北邮数字电路与逻辑设计实验-实验报告(下)

北京邮电大学电路实验中心<数字电路与逻辑设计实验（下）>

实

验

报

告

班级： xxx 学院： xxx

实验室： xxx 审阅教师：姓名（班内序号）： xxx 学号： xxx

实验时间： xxx

评定成绩：

目录

一、任务要求 (2)

1．基本要求 (2)

2．提高要求 (2)

二、系统设计 (2)

1．设计思路 (2)

2．总体框图 (4)

3．分块设计 (5)

（1）分频器模块 (5)

（2）4×4键盘输入模块 (5)

（3）数码管显示模块 (6)

（4）8×8 LED点阵显示模块 (6)

（5）LCD液晶屏显示模块 (6)

（6）中心模块 (6)

三、仿真波形及波形分析 (6)

1．分频器模块 (6)

2．4×4键盘输入模块 (7)

3．数码管显示模块 (7)

4．8×8 LED点阵显示模块 (8)

5．LCD液晶屏显示模块 (8)

6．中心模块 (8)

四、源程序 (9)

1．分频器模块 (9)

2．4×4键盘输入模块 (9)

3．数码管显示模块 (11)

4．8×8 LED点阵显示模块 (12)

5．LCD液晶屏显示模块 (19)

6．中心模块 (23)

五、功能说明及资源利用情况 (26)

六、故障及问题分析 (27)

七、总结和结论 (27)

一、任务要求

本电路可供甲乙二人进行猜拳游戏。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；

图1甲“布”，乙“剪刀”；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

本电路分为6个模块，分别是中心模块（包含状态机）、8×8 LED点阵显示模块、数码管显示模块、LCD液晶屏显示模块、4×4键盘输入模块、分频器模块，各模块使用VHDL语言设计，顶层连接使

用Quartus II原理图设计。

分频器模块负责将50MHz时钟分成低频信号，供其他模块使用。中心模块负责读取4×4键盘输入模块的输入，并控制状态机和其他模块的输出显示。8×8 LED点阵显示模块负责接收中心模块的信号，显示相应的图案。数码管显示模块和LCD液晶屏显示模块负责接收中心模块的信号，显示比分。4×4键盘输入模块负责读取键盘输入，并将其输出到中心模块。

2．总体框图

图2系统流程图

图3逻辑框图

图 4 BDF原理图

3．分块设计

（1）分频器模块

输入clkin为50MHz时钟，输出clkout为1KHz时钟，作为中心模块、8×8 LED点阵显示模块、数码管显示模块、4×4键盘输入模块的时钟信号。

（2）4×4键盘输入模块

4×4键盘输入模块负责读取键盘输入，并将其输出到中心模块。输出KBcol为4位二进制信号，是键盘的遍历扫描信号。输入KBrow为4位二进制信号，是键盘的检测信号。输出resultout为5位二进制信号，是4×4键盘输入模块所检测出的所按的按键，其中第一位代表键盘按下，后四位用二进制数表示所按的按键。

（3）数码管显示模块

数码管显示模块负责接收中心模块的信号，显示比分。输入A、B分别为2位二进制信号，代表甲、乙的得分。输出cat为8位二进制信号，控制8个数码管的使能端。输出disp为7位二进制信号，控制数码管所显示的图案。

（4）8×8 LED点阵显示模块

8×8 LED点阵显示模块负责接收中心模块的信号，显示相应的图案。输入A、B分别为2位二进制信号，代表甲、乙的出拳结果，其中“11”表示甲或乙获胜，显示结束动画。输入en为点阵的使能端，start为开机动画控制信号。输出row为8位二进制信号，是点阵的扫描信号。输出colr为8位二进制信号，是红色点阵的数据信号。输出colg为8位二进制信号，是绿色点阵的数据信号。

（5）LCD液晶屏显示模块

LCD液晶屏显示模块负责接收中心模块的信号，显示比分。时钟clk直接使用50MHz信号。输入rst为LCD液晶屏模块的复位信号，输入A、B分别为2位二进制信号，代表甲、乙的得分。输出rs、en、rw、data_out为LCD液晶屏的控制和数据信号。

（6）中心模块

中心模块负责读取4×4键盘输入模块的输入，并控制状态机和其他模块的输出显示。输入KB为5位二进制信号，是4×4键盘输入模块所检测出的所按的按键。输出LEDen控制LED点阵模块的使能端，LEDstart为LED点阵模块的开机动画控制信号。输出LEDA、LEDB分别为2位二进制信号，代表甲、乙的出拳结果，其中“11”表示甲或乙获胜，显示结束动画。输出DISPA、DISPB分别为2位二进制信号，代表甲、乙的得分。

三、仿真波形及波形分析

1．分频器模块

分频比太大，不易仿真。