数电实验报告-贪吃蛇-北邮

1 / 13简易贪食蛇游戏机学院：信息与通信工程专业：班级：姓名:学号：班内序号：简易贪食蛇游戏机一．设计课题的任务要求基本任务：用一个 8×8 点阵做为基本显示屏，4 个连续移动的的发光点表示一条蛇，用任意出现的一个亮点表示老鼠，用4 个排成一条线的发光点表示“墙”，用四个按键控制蛇的运动方向，完成贪食蛇游戏，蛇撞“墙”、边或者游戏时间到，则游戏结束。

1. 老鼠出现的地方是随机的，在某个地点出现的时间是5 秒钟，如果5 秒钟之内没有被吃掉，它就会在其它地方出现；2. 用数码管显示得分情况和游戏的剩余时间，每吃掉一只老鼠就加一分；提高要求：1. 游戏时间和速度可以手动设置。

2. 增加游戏难度或自拟其它功能。

二．系统设计1.设计思路当复位键置为1时， 8*8点阵也初始化为全不亮，每来一个时钟脉冲就对8*8点阵进行一次扫描，并依次点亮四个蛇身点、一个老鼠点、四个墙点，由于扫描频率远远超出人眼所能分辨的范围，故人眼看来蛇身是连续的。

在数码管上显示得分与倒计时情况。

用四个按键分别控制蛇的运动方向“上下左右”，每次按键时通过和蛇原来的运动方向进行比较来控制蛇接下来的运动方向。

当蛇撞墙、出界、游戏时间到时游戏结束，点阵全亮。

每当蛇吃到一个老鼠时则自动加一分并重设老鼠位置。

老鼠存活5秒钟时重设老鼠位置。

用M序列发生器实现老鼠位置的随机变化。

2.总体框架图：复位开关方向输入按键3.逻辑划分框图4.6.分块电路设计⑴点阵显示模块此模块采用频率为1Mhz的时钟clk3。

每来一个时钟就对整个8*8点阵全部扫描一次，当某个点的行为低电平，列为高电平时被点亮。

由于蛇身有4个移动的点，墙有4个固定的点以及一个老鼠的亮点，那么一共有9个点需要在8*8点阵上显示。

所以我将时钟用point分成9个周期，每个周期扫描一个点。

clk3频率很高，虽然是逐点扫描，但由于视觉暂留我们看到的是9个点同时亮。

当复位信号clear置为1时，点阵全不亮。

当结束信号over置为1时，点阵全亮。

⑵数码管显示模块当一个数码管要稳定显示需要频率不小于50hz，总共4个数码管，需要采用500hz 的时钟clk2.用cat信号对数码管进行片选，用seven信号储存7个管脚的电平。

共有4个数字需要显示，用数组shownum储存分数与游戏时间。

用state变量将时钟clk2分成4个周期，每个周期显示state对应的shounum（state）。

复位信号clear置为1时，数码管全不亮。

⑶控制器倒记时和老鼠5秒换位置要分频出1赫兹的一个clk1。

并且1赫兹的频率十分适合蛇的移动，所以我将clk1信号作为了蛇移动的触发信号。

复位信号clear=1将蛇的位置、方向、老鼠位置、墙的位置、游戏时间、分数等初始化。

①蛇身的移动。

用4个点表示蛇，从蛇尾开始，依次等于前一个蛇身点坐标。

②蛇头的移动按照状态转移图编写程序。

实际编写时我将对出界情况的判断加了进去。

给定dir时，若出界，游戏结束。

若否，当蛇头方向direction不和输入值dir正好相反时，蛇头步进，将dir的值赋给蛇头当前方向direction；当蛇头方向direction和输入值dir正好相反时，若蛇头出界,游戏结束，若不出界，蛇头按照原来的direction方向步进。

③重设老鼠位置设置一个重设老鼠标志setrat。

当老鼠存活时间满5s或蛇吃到老鼠时，将setrat标志置为1，否则为0.当setrat=1时，用M序列发生器随机重设老鼠位置。

当重设后的老鼠和墙的位置重合时，修改老鼠位置。

⑷分频器和外界输入方向寄存器EPM1270T144C5数电实验开发板的时钟clk频率为50Mhz。

控制器需要一个频率为1hz的时钟clk1，数码管显示需要一个频率为500hz的时钟clk2，点阵显示需要一个频率为1Mhz的时钟clk3.由于游戏结束时只有数码管需要保持显示结束时的时间和分数，所以当over置为1时，clk1和clk3的分频器停止，只有clk2的分频器继续工作。

外界输入的方向用key表示，key值为“1000”、“0100”、“0010”、“0001”时分别表示上、下、左、右。

将输入的方向值赋给dir。

dir设置为两位二进制变量：“00”表示“上”，“01”表示“下”，“10”表示“左”，“11”表示“右”。

三．仿真波形及波形分析为方便仿真，将时钟clk改为1Mhz，将clk3改为100khz，将点阵显示、数码管显示的时钟频率都改为clk，将控制模块显示的时钟改为clk3。

1.点阵显示仿真：如图所示，当clear=1时，点阵的行都为高电平，列都为低电平，点阵全不亮。

从clear 置为0后clk的第一个上升沿开始，点阵扫描显示蛇、鼠、墙。

先显示前四个蛇点（蛇点初始位置：行为0，1,2,3；列为1），然后显示鼠，接着显示四个墙点（行为3,4,5,6;列为4）。

然后重新扫描蛇、鼠、墙。

如上图，over=1时，点阵行都变成低电平，列都变成高电平，点阵全亮。

2.数码管显示仿真如图，clear=1时数码管全不亮。

clear置为0后，数码管轮流开始显示shounum数组中的元素。

当cat=011111和101111时，分别显示得分的十位和个位。

由于得分为0，所以这两个数码管的管脚电平为1111110，即都显示为0. 此时时间为59，当cat=111101时显示游戏时间的十位，所以该数码管的seven值为1011011，即显示为5.当cat=111110时，显示游戏时间的个位9，该数码管的seven值为1111011，即显示为9。

从图中可以看出，当游戏时间为58时，显示游戏时间的个位的cat=111110的数码管对应的seven值变为1111110，即显示为8.3.控制模块仿真从图中可以看到，clear置为1时，蛇的位置被初始化。

时间初始化为59。

clear=0后，每个clk3的上升沿，蛇头移动一步，蛇身分别跟着前一个点移动。

当游戏进行了5秒时，蛇头到达点阵最上边，这时由于对方向输入键key的设置，蛇开始向右走。

当倒计时为49s 时，蛇头到达点阵最右边。

此时蛇继续向右走，出界，over置为1，游戏结束。

从图中可以看出，老鼠每5秒重置一次位置。

四．源程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity tanshishe isport(clk,clear:in std_logic; --时钟、复位/开始开关key:in std_logic_vector(3 downto 0); --方向控制键seven:out std_logic_vector(6 downto 0); --七位数码管的7根二极管cat:out std_logic_vector(5 downto 0); --控制数码管显示row,col:out std_logic_vector(7 downto 0)); --点阵行、列坐标end tanshishe;architecture game of tanshishe issignal setrat,over:std_logic; -- 重设老鼠、游戏结束信号signal ratr,ratc,rat:integer range 0 to 7; --老鼠行、列坐标signal t: std_logic_vector(2 downto 0);signal rattime:integer range 0 to 4; --老鼠出现时间type dots is array (integer range <>) of integer range 0 to 7;signal snaker,snakec:dots(3 downto 0); --蛇行、列坐标constant wallr:dots(3 downto 0):=(6,5,4,3);--墙的行坐标（常数）constant wallc:dots(3 downto 0):=(4,4,4,4);--强的列坐标（常数）signal clk1,clk2,clk3: std_logic;--clk1:1秒 clk2:500hz时钟signal tmp1:integer range 0 to 49999999; --分频1signal tmp2:integer range 0 to 99999; --分频2signal tmp3:integer range 0 to 49; --分频3signal dir:std_logic_vector(1 downto 0); --保存下一时刻方向signal direction:integer range 0 to 3; --当前蛇方向:0->上,1->下,2->左,3->右signal point:integer range 0 to 8; --当前点阵上显示的点type figure is array (integer range <>) of integer range 0 to 9;signal shownum:figure(3 downto 0); --shownum(3)和shownum(2)分别为得分的高位和地位，shownum(1)和shownum(0)分别为剩余时间的高位和地位beginp1:process(clk,over,clear) --分频同时保存下一时刻蛇的移动方向beginif clear='1' thendir<="00";tmp1<=0;tmp2<=0;elsif clk'event and clk='1' thenif (tmp2=99999) thentmp2<=0;clk2<='1';elsetmp2<=tmp2+1;clk2<='0';end if;if over/='1' thenif (tmp1=49999999) thentmp1<=0;clk1<='1';elsetmp1<=tmp1+1;clk1<='0';end if;if (tmp3=49) thentmp3<=0;clk3<='1';elsetmp3<=tmp3+1;clk3<='0';end if;case key iswhen "1000"=> dir<="00";when "0100"=> dir<="01";when "0010"=> dir<="10";when "0001"=> dir<="11";when others=> null;end case;end if;end if;end process;p2:process(clear,clk3,over) --点阵显示模块beginif clear='1' thenrow<="11111111";col<="00000000";point<=0;elseif (over='1')then--游戏结束col<="11111111";row<="00000000";elseif clk3'event and clk3='1' thencol<="00000000";row<="11111111";if point=8 thenpoint<=0;else point<=point+1;end if;case point iswhen 0|1|2|3=> row(snaker(point))<='0';col(snakec(point))<='1';when 4=> row(ratr)<='0';col(ratc)<='1';when 5|6|7|8=> row(wallr(point-5))<='0';col(wallc(point-5))<='1';when others=>col<="00000000";row<="11111111";end case;end if;end if;end if;end process;p3:process(clear,clk1,shownum(0),dir) --控制模块variable ratr1,ratc1:integer range 0 to 7;beginif clear='1' then --复位snaker<=(3,2,1,0);snakec<=(1,1,1,1);direction<=0;over<='0';shownum(3)<=0;shownum(2)<=0;shownum(1)<=5;shownum(0)<=9;setrat<='1';elseif clk1'event and clk1='1' thenif rattime=4 then rattime<=0; --老鼠出现时间else rattime<=rattime+1;end if;if shownum(0)=0 then --剩余时间shownum(0)<=9;shownum(1)<=shownum(1)-1;elseshownum(0)<=shownum(0)-1;end if;for i in 0 to 2 loop --the snake moves --蛇的步进snaker(i)<=snaker(i+1);snakec(i)<=snakec(i+1);end loop;case dir iswhen "00"=> if snaker(3)=7 then--向上出界游戏结束over<='1';elsif direction/=1 then--蛇头向上步进(蛇头方向不和输入值相反时)snaker(3)<=snaker(3)+1;snakec(3)<=snakec(3);direction<=0;elseif snaker(3)=0 then--蛇头方向和输入值相反,若蛇头向下出界,游戏结束over<='1';elsesnaker(3)<=snaker(3)-1;--蛇头向下未出界,向下步进snakec(3)<=snakec(3);end if;end if;when "01"=> if snaker(3)=0 then--若蛇头向下出界,游戏结束over<='1';elsif direction/=0 then--蛇头方向不和输入值相反,向下步进snaker(3)<=snaker(3)-1;snakec(3)<=snakec(3);direction<=1;elsif snaker(3)=7 then--蛇头方向和输入值相反,若蛇头向上出界游戏结束over<='1';elsesnaker(3)<=snaker(3)+1;--蛇头向上未出界，向上步进snakec(3)<=snakec(3);end if;when "10"=> if snakec(3)=0 then--左over<='1';elsif direction/=3 thensnakec(3)<=snakec(3)-1;snaker(3)<=snaker(3);direction<=2;elsif snakec(3)=7 thenover<='1';elsesnakec(3)<=snakec(3)+1;snaker(3)<=snaker(3);end if;when "11"=> if snakec(3)=7 then--右over<='1';elsif direction/=2 thensnakec(3)<=snakec(3)+1;snaker(3)<=snaker(3);direction<=3;elsif snakec(3)=0 thenover<='1';elsesnakec(3)<=snakec(3)-1;snaker(3)<=snaker(3);end if;end case;if setrat='1' then --重设老鼠位置ratr1:=rat;ratc1:=rat+2;for i in 0 to 3 loopif ratr1=wallr(i) and ratc1=wallc(i) thenratr1:=ratr1+1;ratc1:=ratc1+1;exit;end if;end loop;ratr<=ratr1;ratc<=ratc1;rattime<=0;setrat<='0';end if;if (shownum(1)=0 and shownum(0)=0) then --游戏时间到over<='1';elseif rattime=4 then setrat<='1'; --重设老鼠位置end if;if snaker(3)=ratr and snakec(3)=ratc then --吃到老鼠setrat<='1';if shownum(2)=9 then--加一分shownum(2)<=0;shownum(3)<=shownum(3)+1;elseshownum(2)<=shownum(2)+1;end if;elsefor i in 0 to 3 loopif snaker(3)=wallr(i) and snakec(3)=wallc(i) then --蛇撞墙over<='1';exit;end if;end loop;end if;end if;end if;end if;end process;p4:process(clear,clk2) --在数码管上显示得分和剩余时间variable state:integer range 0 to 3:=0;beginif clear='1' then cat<="111111";elsif clk2'event and clk2='1' thenstate:=state+1;case state iswhen 3=>cat<="011111";when 2=>cat<="101111";when 1=>cat<="111101";when 0=>cat<="111110";end case;case shownum(state) iswhen 0=>seven<="1111110";when 1=>seven<="0110000";when 2=>seven<="1101101";when 3=>seven<="1111001";when 4=>seven<="0110011";when 5=>seven<="1011011";when 6=>seven<="1011111";when 7=>seven<="1110000";when 8=>seven<="1111111";when 9=>seven<="1111011";when others=>seven<="0000000";end case;end if;end process;p5:process(clk1,t) --M序列发生器beginif t="000" then t<="001";elsif clk1'event and clk1='1' thent(0)<=t(0) xor t(2);t(1)<=t(0);t(2)<=t(1);end if;case t iswhen"000"=>rat<=0;when"001"=>rat<=1;when"010"=>rat<=2;when"011"=>rat<=3;when"100"=>rat<=4;when"101"=>rat<=5;when"110"=>rat<=6;when"111"=>rat<=7;end case;end process;end game;五、功能说明用一个 8×8 点阵做为基本显示屏，4 个连续移动的的发光点表示一条蛇，用任意出现的一个亮点表示老鼠，用4 个排成一条线的发光点表示“墙”，用四个按键控制蛇的运动方向，完成贪食蛇游戏，蛇撞“墙”、边或者游戏时间到，则游戏结束。