俄羅斯方塊設(shè)計實驗報告

——————數(shù)字電路與邏輯設(shè)計實驗報告—————基于VHDL的簡易俄羅斯方塊 實驗名稱 簡易俄羅斯方塊 姓名 班級 電信工程學院04107班學號 輔導老師 高英 日期 2006年11月6日 摘要 俄羅斯方塊游戲是我們熟知的經(jīng)典小游戲之一，本實驗通過硬件編成實現(xiàn)了簡易的俄羅斯方塊游戲機。VHDL是一種標準的，規(guī)范的硬件描述語言，在電子設(shè)計領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。它具有很強的電路描述和建模能力，能從多個層次多電路進行描述和建模，從而大大簡化了硬件設(shè)計任務(wù)，提高了設(shè)計效率和可靠性。 本實驗基于VHDL語言，利用電路中心開發(fā)的實驗板，用一個4×4點陣做為基本顯示屏，一個發(fā)光點表示一個圖形，完成俄羅斯方塊游戲的基本功能：下落、左右移動、消行和顯示得分情況，當某一列到頂時游戲結(jié)束。關(guān)鍵字 俄羅斯方塊游戲VHDL點陣設(shè)計任務(wù) 利用電路中心開發(fā)的實驗板，用點陣做為顯示屏，一個發(fā)光點表示一個方塊，完成下落、左右移動、消行和顯示得分情況，當某一列到頂時游戲結(jié)束，數(shù)碼管顯示的分數(shù)保持不變。設(shè)計思路 由于實驗中只用到了16個點來完成顯示功能，所以選用一個16位的向量STATUS(0TO15)來存儲各點狀態(tài)，再用兩個整型數(shù)分別控制當前點的坐標，但是這樣控制會涉及到乘法運算，因此改為4個4位向量STAN（0TO3），每個向量代表一行點陣，這樣做不僅使控制簡單，而且在掃描顯示的時候很方便，代碼也很簡潔。 設(shè)計包括2個大的元件，一個是RUSSIA，其功能是存儲狀態(tài)，分頻，完成左右下移動以及計分等功能；另一個是RUSSIA_SCAN，主要完成點陣掃描和數(shù)碼管譯碼。具體設(shè)計是這樣的：4個向量STA0,STA1,STA2,STA3記錄游戲狀態(tài)，點的坐標由COL和ROW來控制。設(shè)置兩個指針FLAG和ROW4，如果四列中有一列都為1，表示游戲結(jié)束了，置FLAG為1，程序進入NULL；當最后一行及STA3=”1111”時，置ROW4=1，當ROW4=1時，表示要消行，加分，并且將上一行的值賦到下一行。游戲繼續(xù)，如按下左鍵或右鍵，程序更根據(jù)下一狀態(tài)決定是否左移或右移。（BTN1為復位RESET,BTN2為左，BTN3為右）若無鍵按下，則根據(jù)情況當前點是否需要自動下移。源代碼底層文件1：russia.vhd------russia.vhd------osom------6/11/06LIBRARYIEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_SIGNED.ALL;ENTITY RUSSIA ISPORT(CLK :INSTD_LOGIC; -------時鐘頻率，選用低頻 RESET :INSTD_LOGIC; -------復位鍵 LEFT :INSTD_LOGIC; -------左移鍵 RIGHT :INSTD_LOGIC; -------右移鍵 SCORES :OUTINTEGERRANGE0TO15; -------分數(shù) STA0:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); -------以下為四行狀態(tài)寄存 STA1:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); STA2:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); STA3:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3));ENDRUSSIA;ARCHITECTUREMOVINGOFRUSSIAISSIGNALSTATU0:STD_LOGIC_VECTOR(0TO3);SIGNAL STATU1:STD_LOGIC_VECTOR(0TO3);SIGNAL STATU2:STD_LOGIC_VECTOR(0TO3);SIGNAL STATU3:STD_LOGIC_VECTOR(0TO3);SIGNALFLAG :STD_LOGIC; -------gameover標志SIGNALFP :INTEGERRANGE0TO499; -------1000分頻SIGNALCLK1 :STD_LOGIC;SIGNALSCOR_TEMP:INTEGERSIGNALROW4:STD_LOGIC; -------消行標志SIGNALROW,COL:INTEGERRANGE0TO3; -------點的坐標控制BEGINP1:PROCESS(CLK,RESET)BEGIN IFRESET='1'THEN FP<=0; CLK1<='0'; ELSIF(CLK'EVENTANDCLK='1')THEN IFFP=2THEN FP<=0; CLK1<=NOTCLK1; ELSE FP<=FP+1; ENDIF; ENDIF;ENDPROCESS; --------p1用來分頻P2:PROCESS(CLK1,RESET)BEGIN IFRESET='1'THEN --------系統(tǒng)初始化 STATU0<="0100"; STATU1<="0000"; STATU2<="0000"; STATU3<="0000"; FLAG<='0'; SCOR_TEMP<=0; ROW4<='0'; ROW<=0; COL<=1; ELSIF(CLK1'EVENTANDCLK1='1')THEN IFFLAG='1'THEN --------gameover進入空循環(huán) NULL; ELSIFROW4='1'THEN --------消行 STATU3<=STATU2; STATU2<=STATU1; STATU1<=STATU0; ROW4<='0'; SCOR_TEMP<=SCOR_TEMP+1; --------加分 ELSIF(STATU0(0)='1'ANDSTATU1(0)='1'ANDSTATU2(0)='1'ANDSTATU3(0)='1') OR(STATU0(1)='1'ANDSTATU1(1)='1'ANDSTATU2(1)='1'ANDSTATU3(1)='1') OR(STATU0(2)='1'ANDSTATU1(2)='1'ANDSTATU2(2)='1'ANDSTATU3(2)='1') OR(STATU0(3)='1'ANDSTATU1(3)='1'ANDSTATU2(3)='1'ANDSTATU3(3)='1')THEN FLAG<='1'; --------判斷四列中是否有一列全為1，是則FLAG<='1' ELSIFSTATU3="1111"THEN ROW4<='1'; --------可以消行了 ELSIFRIGHT='1'ANDCOL<3THEN --------右移判斷 CASEROWISWHEN0=>IFSTATU0(COL+1)='0'THENCOL<=COL+1;STATU0(COL+1)<='1';STATU0(COL)<='0';ENDIF;WHEN1=>IFSTATU1(COL+1)='0'THENCOL<=COL+1;STATU1(COL+1)<='1';STATU1(COL)<='0';ENDIF;WHEN2=>IFSTATU2(COL+1)='0'THENCOL<=COL+1;STATU2(COL+1)<='1';STATU2(COL)<='0';ENDIF;WHENOTHERS=>IFSTATU3(COL+1)='0'THENCOL<=COL+1;STATU3(COL+1)<='1';STATU3(COL)<='0';ENDIF; ENDCASE; ELSIFLEFT='1'ANDCOL>0THEN ---------左移判斷 CASEROWISWHEN0=>IFSTATU0(COL-1)='0'THENCOL<=COL-1;STATU0(COL-1)<='1';STATU0(COL)<='0';ENDIF;WHEN1=>IFSTATU1(COL-1)='0'THENCOL<=COL-1;STATU1(COL-1)<='1';STATU1(COL)<='0';ENDIF;WHEN2=>IFSTATU2(COL-1)='0'THENCOL<=COL-1;STATU2(COL-1)<='1';STATU2(COL)<='0';ENDIF;WHENOTHERS=>IFSTATU3(COL-1)='0'THENCOL<=COL-1;STATU3(COL-1)<='1';STATU3(COL)<='0';ENDIF; ENDCASE; --------以下elsif語句為點的下移處理ELSIFROW=0ANDSTATU1(COL)='0'THENROW<=ROW+1;STATU1(COL)<='1';STATU0(COL)<='0';ELSIFROW=1ANDSTATU2(COL)='0'THENROW<=ROW+1;STATU2(COL)<='1';STATU1(COL)<='0';ELSIFROW=2ANDSTATU3(COL)='0'THENROW<=ROW+1;STATU3(COL)<='1';STATU2(COL)<='0'; ELSEROW<=0;COL<=1;STATU0(1)<='1';---不能下移則產(chǎn)生一個新的點 ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS; SCORES<=SCOR_TEMP; STA0<=STATU0; STA1<=STATU1; STA2<=STATU2; STA3<=STATU3;END;底層文件2：RUSSIA_SCAN.vhd-----RUSSIA_SCAN.vhd-----osom------6/11/06LIBRARYIEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY RUSSIA_SCAN ISPORT(CLK: IN STD_LOGIC; RESET: INSTD_LOGIC; STA0: INSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); -------以下為4行的狀態(tài) STA1: INSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); STA2: INSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); STA3: INSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); SCORE: ININTEGERRANGE0TO15; -------分數(shù) COL: OUTSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); -------點陣顯示的行列控制 ROW: OUTSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); DISP:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);------數(shù)碼管譯碼 CAT : OUTSTD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0)------數(shù)碼管選擇);ENDRUSSIA_SCAN;ARCHITECTUREBEHAVEOFRUSSIA_SCANISSIGNAL CP:INTEGERSIGNALROWT,COLT:STD_LOGIC_VECTOR(0TO3);SIGNALDISPT:STD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);BEGINPROCESS(CLK,SCORE,RESET)BEGINIFRESET='1'THEN DISPT<="0000000"; ROWT<="0000"; COLT<="1111"; CP<=0;ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN IFCP=3THEN CP<=0; ELSE CP<=CP+1; ENDIF; CASECPIS --------對時鐘4分頻，用于點陣掃描 WHEN0=>ROWT<="1000";COLT<=NOTSTA0; -------采用行掃描法 WHEN1=>ROWT<="0100";COLT<=NOTSTA1; WHEN2=>ROWT<="0010";COLT<=NOTSTA2; WHENOTHERS=>ROWT<="0001";COLT<=NOTSTA3; ENDCASE; CASESCOREIS --------分數(shù)譯碼 WHEN0=>DISPT<="1111110"; --------0 WHEN1=>DISPT<="0110000"; --------1 WHEN2=>DISPT<="1101101"; --------2 WHEN3=>DISPT<="1111001"; --------3 WHEN4=>DISPT<="0110011"; --------4 WHEN5=>DISPT<="1011011"; --------5 WHEN6=>DISPT<="1011111"; --------6 WHEN7=>DISPT<="1110000"; --------7 WHEN8=>DISPT<="1111111"; --------8 WHEN9=>DISPT<="1111011"; --------9 WHEN10=>DISPT<="1110111"; -------10 WHEN11=>DISPT<="0011111"; -------11 WHEN12=>DISPT<="1001110"; -------12 WHEN13=>DISPT<="0111101"; -------13 WHEN14=>DISPT<="1001111"; -------14 WHEN15=>DISPT<="1000111"; -------15 WHENOTHERS=>DISPT<="0000000"; ENDCASE;ENDIF;ENDPROCESS; ROW<=ROWT; COL<=COLT; DISP<=DISPT; CAT<="011111"; -------選擇第一個數(shù)碼管END; 頂層文件RUSSIABLOCK.vhd------RUSSIABLOCK.vhd-----osom------6/11/06LIBRARYIEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_SIGNED.ALL;ENTITY RUSSIABLOCK ISPORT(CLK :INSTD_LOGIC; -----------低頻時鐘 RESET :INSTD_LOGIC; -----------開始復位鍵 LEFT :INSTD_LOGIC; -----------左移 RIGHT : INSTD_LOGIC; -----------右移 COL OUTSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); ----------列 ROW: OUTSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); ----------行 DISP:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);--------數(shù)碼管顯示分數(shù) CAT : OUTSTD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0)------數(shù)碼管選擇 );ENDRUSSIABLOCK;ARCHITECTURE RBLOCKOFRUSSIABLOCKISSIGNAL FENSHU:INTEGERSIGNALSTA0,STA1,STA2,STA3:STD_LOGIC_VECTOR(0TO3);COMPONENT -----------元件例化申明 RUSSIAPORT(CLK RESET :INSTD_LOGIC; LEFT :INSTD_LOGIC; RIGHT :INSTD_LOGIC; SCORES :OUT STA0:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); STA1:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); STA2:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); STA3:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3) );ENDCOMPONENT;COMPONENT-----------元件例化申明RUSSIA_SCANPORT( CLK: IN STD_LOGIC; STA0: INSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); STA1: INSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); STA2: INSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); STA3: INSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); SCORE: ININTEGER COL: OUTSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); ROW: OUTSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3); DISP: OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0); CAT : OUTSTD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0) );ENDCOMPONENT;BEGIN --------------元件例化 C1:RUSSIA PORTMAP(CLK,RESET,LEFT,RIGHT,FENSHU,STA0,STA1,STA2,STA3);C2:RUSSIA_SCANPORTMAP(CLK,STA0,STA1,STA2,STA3,FENSHU,COL,ROW,DISP,CAT);END;仿真波形 實驗中所遇到的問題 1．由于初次設(shè)計較大的硬件程序，所以開始遇到的問題比較多。對于本實驗而言，最重要的我認為是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，就是使用什么方案來解決點的狀態(tài)寄