20152016學(xué)年第二學(xué)期數(shù)字電子技術(shù)A課程設(shè)計報告設(shè)計題目冒險游戲（提供資料）汽車尾燈控制狀態(tài)機設(shè)計成員分工表序號學(xué)號姓名分工123項目方案設(shè)計程序驗證及調(diào)試撰寫論文時間/天目錄1設(shè)計任務(wù)12設(shè)計器材23設(shè)計原理44運行結(jié)果55設(shè)計優(yōu)化56心得體會6附錄6PART1冒險游戲1、設(shè)計任務(wù)你要設(shè)計的這個冒險游戲，有七個房間和一個物品（劍），開始于一個嘈雜的洞穴（THECAVEOFCACOPHONY）。要想贏得游戲，你必須要先通過曲折的隧道（THETWISTYTUNNEL）和湍急的河流（THERAPIDRIVER）；然后你需要在秘密藏劍閣（THESECRETSWORDSTASH）尋找到斬首劍（THEVORPALSWORD），這把劍將保護你通過后面危機四伏的龍穴（THEDRAGONDEN），安全地到達勝利穹頂（THEVICTORYVAULT）贏得勝利。如果你進入龍穴而沒有斬首劍，你會被兇殘的暴龍撕裂分食，尸骨被扔進陰森恐怖的墓地（THEGRIEVOUSGRAVEYARD）最終輸?shù)粲螒?。?）請補充空白，畫出ROOMFSM完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（圖1的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖是不完整的。有些帶箭頭的圓弧標記有狀態(tài)轉(zhuǎn)換需要的條件，而另一些空白）。（2）列出兩個狀態(tài)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和輸出表（3）用QUARTUS完成你所設(shè)計的電路（4）仿真驗證。根據(jù)游戲要求設(shè)計波形仿真文件，仿真驗證設(shè)計是否正確。（5）分配引腳，編譯并下載到實驗箱，驗證所設(shè)計的冒險游戲。2設(shè)計器材MFB5型數(shù)字電路自主學(xué)習(xí)實驗器MFB5型數(shù)字電路自主學(xué)習(xí)實驗器是一種多功能實驗器，可對ALTERA公司的MAX|EPM240T100和EPM570T100器件進行ERWWRERR試驗。MFB5繼承MFB2的特點，主系統(tǒng)板與下載板（含CPLD器件）采用接插式結(jié)構(gòu)（即“主板下載板”雙板式），通過更換下載板可對其他CPLD/FPGA器件適配，同時也利于將下載板用于其他實驗。實驗器基于“電路連接軟件配置”的設(shè)計思想，通過軟件對芯片引腳與開發(fā)器各輸入、輸出的連接進行定義摒棄了大量導(dǎo)線的連接，挺高了實驗效率，減少了實驗故障率。CYCLONE|CYCLONEII器件采用TSMC90NM低K絕緣材料工藝技術(shù)，這種技術(shù)結(jié)合ALTERA低成本的設(shè)計方式，使之能夠在更低的成本下制造出更大容量的器件。這種新的器件比第一代CYCLONE產(chǎn)品具有兩倍多的I/O引腳，且對可編程邏輯，存儲塊和其它特性進行了最優(yōu)的組合，具有許多新的增強特性3設(shè)計原理（1）完整的ROOMFSM狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖RSNVE（2）ROOMFSM的狀態(tài)表和輸出表將S0S6分配至七個房間CAVEOFCACOPHONYGRIEVOUSGRAVEYARDASSERTDRAPIDRIVERSECRETSWORDSTASHASSERTSWDRAGONSDENTWISTYTUNNELVICTORYVAULTASSERTWINS0（000）THECAVEOFCACOPHONYS1（001）THETWISTYTUNNELS2（010）THERAPIDRIVER；S3（011）THESECRETSWORDSTASH；S4（100）THEDRAGONDEN；S5（101）THEVICTORYVAULT；S6（110）THEGRIEVOUSGRAVEYARD；輸入輸出/次態(tài)CLK現(xiàn)態(tài)RESETNSWEVSSWWINDS000001XS1000S100100XS2000S100010XS0000S200010XS3000S201000XS1000S200001XS4000S300001XS2100S40XXXX1S5010S40XXXX0S6001X1XXXXXS0000（3）SWORDFSM的狀態(tài)表和輸出表ANOSWORDBHASSWORD輸入CLK現(xiàn)態(tài)RSW輸出/次態(tài)X1X/AA00/AA01V/BB0XV/B4SWORD的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖4運行結(jié)果（1）仿真結(jié)果及分析闖關(guān)成功闖關(guān)失敗（2）引腳分配（3）運行結(jié)果照片5VERILOGHDL代碼及原理圖（1）ROOMFSM的VERILOGHDL實現(xiàn)MODULEROOMINPUTCLK,RESET,V,N,S,E,W,OUTPUTREG20ROOM,OUTPUTREGWIN,D,SWREG20CURRENT_ROOM,NEXT_ROOM預(yù)置當(dāng)前房間和下一個房間PARAMETERCAVE3B000,TUNNEL3B001,RIVER3B010,STASH3B011,DRAGON3B100,VICTORY3B101,DEFEATED3B110將二進制數(shù)分別分配給房間ALWAYSPOSEDGECLK,POSEDGERESETBEGINIFRESETBEGINCURRENT_ROOMCAVEROOMCAVEEND復(fù)位清零ELSEBEGINCURRENT_ROOMNEXT_ROOMROOMNEXT_ROOMENDENDALWAYSCURRENT_ROOMBEGINNEXT_ROOMCAVECASECURRENT_ROOMCAVEBEGINWIN0D0SW0IFENEXT_ROOMTUNNELELSENEXT_ROOMCAVEENDTUNNELBEGINIFWNEXT_ROOMCAVEELSEIFSNEXT_ROOMRIVERELSENEXT_ROOMTUNNELENDRIVERBEGINIFNNEXT_ROOMTUNNELELSEIFWNEXT_ROOMSTASHELSEIFENEXT_ROOMDRAGONELSENEXT_ROOMRIVERENDSTASHBEGINSW1IFENEXT_ROOMRIVERELSENEXT_ROOMSTASHENDDRAGONBEGINIFVBEGINNEXT_ROOMVICTORYWIN1ENDELSEBEGINNEXT_ROOMDEFEATEDD1ENDENDVICTORYBEGINNEXT_ROOMVICTORYEND勝利DEFEATEDBEGINNEXT_ROOMDEFEATEDEND失敗ENDCASEENDENDMODULE（2）SWORDFSM的VERILOGHDL實現(xiàn)MODULESWORDINPUTSW,RESET,CLK,OUTPUTREGVREGSTATEALWAYSPOSEDGECLK,POSEDGERESETBEGINIFRESETBEGINSTATE0V0ENDELSECASESTATE0IFSWBEGINSTATE1V1ENDELSEBEGINSTATE0V0END1BEGINSTATE1V1ENDENDCASEENDENDMODULE（3）電路原理圖PART2汽車尾燈控制狀態(tài)機設(shè)計1設(shè)計任務(wù)用VERILOGHDL設(shè)計一個有限狀態(tài)機，控制1965年福特公司生產(chǎn)的“雷鳥（THUNDERBIRD）”汽車的尾燈。汽車的兩邊各有三個燈輪流依次閃亮，用來指示轉(zhuǎn)彎方向。2設(shè)計器材MFB5型數(shù)字電路自主學(xué)習(xí)實驗器MFB5型數(shù)字電路自主學(xué)習(xí)實驗器是一種多功能實驗器，可對ALTERA公司的MAX|EPM240T100和EPM570T100器件進行試驗。MFB5繼承MFB2的特點，主系統(tǒng)板與下載板（含CPLD器件）采用接插式結(jié)構(gòu)（即“主板下載板”雙板式），通過更換下載板可對其他CPLD/FPGA器件適配，同時也利于將下載板用于其他實驗。實驗器基于“電路連接軟件配置”的設(shè)計思想，通過軟件對芯片引腳與開發(fā)器各輸入、輸出的連接進行定義摒棄了大量導(dǎo)線的連接，挺高了實驗效率，減少了實驗故障率。CYCLONE|CYCLONEII器件采用TSMC90NM低K絕緣材料工藝技術(shù)，這種技術(shù)結(jié)合ALTERA低成本的設(shè)計方式，使之能夠在更低的成本下制造出更大容量的器件。這種新的器件比第一代CYCLONE產(chǎn)品具有兩倍多的I/O引腳，且對可編程邏輯，存儲塊和其它特性進行了最優(yōu)的組合，具有許多新的增強特性。3設(shè)計原理本功能主要由VERILOG程序進行實現(xiàn)，對于尾燈控制部分利用一段代碼完成，由于假設(shè)時鐘為05HZ，實驗室電路板上最低為2HZ，再通過一個電路將2HZ信號轉(zhuǎn)化為05HZ再輸入到尾燈控制之中。1THUNDERB本部分為對尾燈控制部分的核心程序，共有8個不同的狀態(tài)，對于不同狀態(tài)對應(yīng)尾燈提示左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)以及特殊狀況下亮的不同狀態(tài)。其輸出L0L5分別代表尾燈上的6個小燈，高電平表示該燈處于亮的狀態(tài)，低電平表示該燈處于暗的狀態(tài)。主要控制燈根據(jù)左右轉(zhuǎn)控制鍵即將進入到某個狀態(tài)，進入左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)狀態(tài)后正常情況下將按照題目中要求的方式亮燈。2FREQUENCY本部分由兩個D觸發(fā)器構(gòu)成，通過異步時序電路，可以將原本2HZ的信號轉(zhuǎn)化為05HZ的信號，進而滿足題目的要求。4尾燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)編碼方案、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、輸出表（1）狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖各狀態(tài)說明S0（000）車輛正常行駛狀態(tài)，無燈亮；S1（001）左轉(zhuǎn)提示燈第一個狀態(tài)，即LA亮，其余燈不亮；S2（010）左轉(zhuǎn)提示燈第二個狀態(tài)，即LA，LB亮，其余燈不亮；S3（011）左轉(zhuǎn)提示燈第三個狀態(tài)，即LA，LB，LC亮，其余燈不亮；S4（100）右轉(zhuǎn)提示燈第一個狀態(tài)，即RA亮，其余燈不亮；S5（101）右轉(zhuǎn)提示燈第二個狀態(tài)，即RA，RB亮，其余燈不亮；S6（110）右轉(zhuǎn)提示燈第三個狀態(tài)，即RA，RB，RC亮，其余燈不亮；S7（111）六個燈同時閃亮狀態(tài)。（2）狀態(tài)轉(zhuǎn)移表S2N1S1N1S0N1LIN1RIN0S2NS1NS0N00011011000S0000S0100S4001S1111S7001S1010S2111S7010S2111S7010S2011S3111S7011S3111S7011S3000S0111S7001S1111S7100S4101S5101S5111S7111S7101S5110S6110S6111S7111S7110S6000S0100S4111S7111S7111S7000S0100S4001S1111S7其中LIN1和RIN0分別表示按下左轉(zhuǎn)按鍵和按下右轉(zhuǎn)按鍵。（程序中用IN1和IN0分別代表左和右）。（3）輸出表S2NS1NS0NOUT5OUT4OUT3OUT2OUT1OUT0000S0000000001S1001000010S2011000011S3111000100S4000100101S5000110110S6000111111S70或10或10或10或10或10或1其中S7狀態(tài)時，對應(yīng)每個燈為閃爍狀態(tài)，因此不能確定。5仿真結(jié)果的波形圖及相應(yīng)的分析說明1THUNDERB程序生成模塊波形仿真說明IN1高電平表示左轉(zhuǎn)鍵按下，IN0高電平表示右轉(zhuǎn)鍵按下。IN1第一次出現(xiàn)高電平時，IN0為低電平，此時按照左轉(zhuǎn)燈各狀態(tài)進行，之后出現(xiàn)清零端CLR高電平，此時清零至初始狀態(tài)。IN0第一次出現(xiàn)高電平時，IN1為低電平，此事按照右轉(zhuǎn)燈各狀態(tài)進行，進行完畢之后IN0和IN1均為低電平，此時回到正常行駛狀態(tài)。出現(xiàn)IN0和IN1均為高電平，此時為尾燈閃爍狀態(tài)。之后IN1高電平、IN0低電平，回到左轉(zhuǎn)燈狀態(tài)。2FEQUENCY電路連接圖生成模塊仿真波形圖說明CLK為輸入信號，CP為輸出信號。此電路通過兩個D觸發(fā)器將CLK信號周期擴大為原來的4倍，頻率變?yōu)樵瓉淼乃姆种弧?FINAL總電路仿真波形說明CLK為輸入時鐘信號，CP為CLK四倍周期的時鐘信號；IN1高電平表示左轉(zhuǎn)鍵按下，IN0高電平表示右轉(zhuǎn)鍵按下；COUT5表示LC，COUT4表示LB，COUT3表示LA，COUT2表示RA，COUT1表示RB，COUT0表示RC。6引腳分配列表說明電路的輸入輸出分別用試驗箱上的哪些資源（開關(guān)或LED）引腳表（未設(shè)置的輸出是方便在仿真時觀察波形，不顯示在實驗器上）上方的方框為CODEOUT七段數(shù)碼管的輸出，DIG1，DIG2控制刷新左下角方框中，左邊的燈為S0,為東西主干道交通燈（受LD1LD2控制合成），上方的燈為S1,為南北支干道交通燈（受LD3LD4控制合成），右方的燈為S1,為南北左轉(zhuǎn)或人行道交通燈（受LD5LD6控制合成），LD9為CR清零低電平有效，LD10為南北支干道車輛感知器。LD11,為南北左轉(zhuǎn)或人行道有人或者有車的感知器。7運行照片照片8VERILOGHDL代碼1THUNDERB/核心程序，說明描述不同狀態(tài)下燈亮的情況，由輸出OUT表現(xiàn)出來；根據(jù)輸入情況進行狀態(tài)轉(zhuǎn)移MODULETHUNDERBCLK,IN,OUT,CLRINPUTCLK,CLRINPUT10IN/IN1為左轉(zhuǎn)彎鍵，高電平表明按下左轉(zhuǎn)彎鍵。IN0為右轉(zhuǎn)彎鍵，高電平表明按下右轉(zhuǎn)彎鍵OUTPUT50OUT/輸出OUT，對應(yīng)尾燈上的6個車燈。、REG50OUTREG50STATE/聲明狀態(tài)PARAMETERS00,S11,S22,S33,S44,S55,S66,S77/各狀態(tài)對應(yīng)值A(chǔ)LWAYSSTATEBEGIN/輸出OUT由狀態(tài)STATE決定CASESTATE6D0OUT6B000000/全暗6D1OUT6B001000/左轉(zhuǎn)第一狀態(tài)LA亮6D2OUT6B011000/左轉(zhuǎn)第二狀態(tài)LA、LB亮6D3OUT6B111000/左轉(zhuǎn)第三狀態(tài)LA、LB、LC亮6D4OUT6B000100/右轉(zhuǎn)第一狀態(tài)RA亮6D5OUT6B000110/右轉(zhuǎn)第二狀態(tài)RA、RB亮6D6OUT6B000111/右轉(zhuǎn)第三狀態(tài)RA、RB、RC亮6D7BEGINOUT0CLK/六個燈同時閃亮狀態(tài)OUT1CLKOUT2CLKOUT3CLKOUT4CLKOUT5CLKENDDEFAULTOUT6B000000ENDCASEENDALWAYSPOSEDGECLKBEGIN/具體描述這個狀態(tài)之間是如何轉(zhuǎn)化的IFCLRSTATES0ELSEBEGINCASESTATES0BEGIN/正常行駛狀態(tài)IFIN1/左、右轉(zhuǎn)彎鍵同時按下，進入狀態(tài)S7ELSEIFIN1STATES1/左轉(zhuǎn)彎鍵按下，進入狀態(tài)S1ELSEIFIN0STATES4/右轉(zhuǎn)彎鍵按下，進入狀態(tài)S4ELSESTATES0/其余情況保持S0狀態(tài)ENDS1BEGINIFIN0STATES7/右轉(zhuǎn)彎鍵按下，進入狀態(tài)S7ELSESTATES2ENDS2BEGINIFIN0STATES7/右轉(zhuǎn)彎鍵按下，進入狀態(tài)S7ELSESTATES3ENDS3BEGINIFIN0STATES7/右轉(zhuǎn)彎鍵按下，進入狀態(tài)S7ELSESTATES0ENDS4BEGINIFIN1STATES7/左轉(zhuǎn)彎鍵按下，進入狀態(tài)S7ELSESTATES5ENDS5BEGINIFIN1STATES7/左轉(zhuǎn)彎鍵按下，