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1、数字逻辑电路实验报告第十三次实验：综合大实验时间：2013.12.18一、实验目的综合运用本学期学习到的知识，设计出属于自己的大实验，尽可能的多运用各种知识展示创新，有趣思想。二、实验原理（背景知识）（1）VGA: VGA接口的接口信号主要有5个：R（Red）、G(Green)、B（Blue）、HS（Horizontal Synchronization）和VS（Vertical Synchronization），即红，蓝，绿，水平同步和垂直同步（也称为行同步和帧同步）。图像的显示是以像素（点）为单位，显示器的分辨率是指屏幕每行有多少个像素及每帧由多少行，标准的VGA分辨率是640*4

2、80，也有更高的分辨率。通过R、G、B的不同颜色配比可以形成各种不同的颜色。（2）PS/2键盘：键盘扫描码均以十六进制表示，键盘上各按键的扫描码是随机排列的，如果想迅速地将键盘扫描码转换为ASCII码，一个最简单的方法就是利用查表的方法。（3）分频定时器：如果在计数器的时钟输入端输入一个固定频率的时钟，那么计数器就变成了计时器。DE2-70开发板上有两个分别产生28.86MHz和50MHz时钟信号的振荡器。两个时钟信号都连接到FPGA，可以为用户的逻辑电路提供时钟信号。三、实验器材/环境Quartus 12.0；实验开发板；PS/2键盘；显示器。四、实验设计思路（验收实验）（1）主要运用知

3、识：VGA显示器；PS/2键盘操控；定时器。（2）主要思想：以书本的VGA和PS/2的代码为主要基础，对代码进行修改，实现自己想要的功能。（3）希望效果：能够在显示器上有自动按某轨迹运动的小球；能够通过键盘来操控小球的颜色变化。（4）小球图像显示：由于显示屏为点阵，可以以（x0,y0）为圆心进行绘图，运用（x-x0）2+(y-y0)2= X_START)&(h_count =20 & (x+X_START-h_count)=20 & (v_count-y-Y_START)=20 & (y+Y_START-v_count)=20) &(h_count-x-X_START)*(h_count-x-

4、X_START)+(v_count-y-Y_START)*(v_count-y-Y_START)6400);（5）小球运动：通过定时器的运用，让圆心以某一规律按某频率进行变动，从而带动图像的移动。为了让圆心能在显示屏范围内运动，使用模的方式，具体实现关键代码：always (posedge vga_clk )beginif(t_count % 1000000=0)beginx =(x+499)%500;y =(y+399)%400;m =(480+m)%500;n =(n+399)%400;endend（6）小球颜色变换：通过对键盘上数字键运用case语句，对Color_G、Color_B、C

5、olor_R颜色进行不同的配比，从而产生不一样的颜色。我是通过手动对颜色进行了随机的数字配比，通过与同学们的交流，发现可以通过循环加形成渐变，从而达到更好的效果。五、实验的测试序列或验证方法module colorworld(iCLK_50,iCLRN,oVGA_R,oVGA_G,oVGA_B,oVGA_SYNC_N,oVGA_BLANK_N,oVGA_CLOCK,oVGA_HS,oVGA_VS, clk,clrn,ps2_clk,ps2_data,ready,overflow,count);/VGAinput iCLK_50;input iCLRN;output reg 9:0oVGA_R

6、,oVGA_B,oVGA_G;output oVGA_SYNC_N,oVGA_BLANK_N,oVGA_CLOCK;output oVGA_HS,oVGA_VS;reg vga_clk;reg 9:0h_count,v_count;reg 11:0data_reg;reg video_out1;reg video_out2;reg video_out3;reg video_out4;reg video_out5;reg video_out6;reg video_out7;reg video_out8;/PS2input clk,clrn,ps2_clk,ps2_data;output read

7、y;reg ready;output reg overflow;output reg 3:0 count;reg 9:0 buffer;reg 7:0 fifo7:0;reg 2:0 w_ptr,r_ptr;reg 2:0 ps2_clk_sync;/pic centerreg 8:0 x= 200;reg 8:0 y=400;reg 8:0 m=0;reg 8:0 n=300;reg 25:0 t_count = 0;/常量定义/Horizontal Parameter(Pixel)parameter H_SYNC_CYC = 96;parameter H_SYNC_BACK = 48;pa

8、rameter H_SYNC_ACT = 640;parameter H_SYNC_FRONT = 16;parameter H_SYNC_TOTAL = 800;/Virtical Parameter(Line)parameter V_SYNC_CYC = 2;parameter V_SYNC_BACK = 32;parameter V_SYNC_ACT = 480;parameter V_SYNC_FRONT = 11;parameter V_SYNC_TOTAL = 525;/Start Offsetparameter X_START = H_SYNC_CYC + H_SYNC_BACK

9、;parameter Y_START = V_SYNC_CYC + V_SYNC_BACK;/color of back ground,can be changedreg 9:0Color_R = 10b0000000000;reg 9:0Color_G = 10b0000000000;reg 9:0Color_B= 10b0000000000;/oVGA_CLK Generator , 50MHZ to 25 MHzalways (posedge iCLK_50 or negedge iCLRN)beginif(iCLRN = 0) vga_clk = 1b1;else vga_clk =

10、vga_clk;end/H_Sync Counteralways (posedge vga_clk or negedge iCLRN)begin if(iCLRN = 0) h_count = 10d0; else if(h_count = H_SYNC_TOTAL) h_count = 10d0; else h_count = h_count + 10d1;end/V_Sync Counteralways (posedge vga_clk or negedge iCLRN)begin if(iCLRN = 0) v_count = 10d0; else if(h_count = H_SYNC

11、_TOTAL) begin if(v_count = V_SYNC_TOTAL) v_count = 10d0; else v_count = v_count + 10d1; endend/计数器always(posedge vga_clk )beginif(t_count50000000)t_count=t_count+1;elset_count= X_START)&(h_count X_START+H_SYNC_ACT) &(h_count-x-X_START)20 & (x+X_START-h_count)20 & (v_count-y-Y_START)20 & (y+Y_START-v

12、_count)= X_START)&(h_count =20 & (x+X_START-h_count)=20 & (v_count-y-Y_START)=20 & (y+Y_START-v_count)=20) &(h_count-x-X_START)*(h_count-x-X_START)+(v_count-y-Y_START)*(v_count-y-Y_START)= X_START)&(h_count =6400) &(h_count-x-X_START)*(h_count-x-X_START)+(v_count-y-Y_START)*(v_count-y-Y_START)= X_ST

13、ART)&(h_count =10000) &(h_count-x-X_START)*(h_count-x-X_START)+(v_count-y-Y_START)*(v_count-y-Y_START)= X_START)&(h_count X_START+H_SYNC_ACT) &(h_count-m-X_START)20 & (m+X_START-h_count)20 & (v_count-n-Y_START)20 & (n+Y_START-v_count)= X_START)&(h_count =20 & (m+X_START-h_count)=20 & (v_count-n-Y_ST

14、ART)=20 & (n+Y_START-v_count)=20) &(h_count-m-X_START)*(h_count-m-X_START)+(v_count-n-Y_START)*(v_count-n-Y_START)= X_START)&(h_count =6400) &(h_count-m-X_START)*(h_count-m-X_START)+(v_count-n-Y_START)*(v_count-n-Y_START)= X_START)&(h_count =10000) &(h_count-m-X_START)*(h_count-m-X_START)+(v_count-n

15、-Y_START)*(v_count-n-Y_START)=14400); end/PS2 always (posedge clk)beginps2_clk_sync = ps2_clk_sync1:0,ps2_clk;endwire sampling = ps2_clk_sync2 & ps2_clk_sync1;always (posedge clk)begin if (clrn = 0) begin count = 0;w_ptr = 0;r_ptr = 0;ready = 0;overflow = 0; end else if(sampling) begin if(count = 4d

16、10) begin if(buffer0 = 0)&(ps2_data)&(buffer9:1) begin fifow_ptr = buffer8:1; w_ptr = w_ptr +3b1; ready = 3b1; overflow = overflow|(r_ptr = (w_ptr +3b1) ; end count = 0; end else begin buffercount = ps2_data; count = count +3b1; end end if(ready) begin case (fifor_ptr) /press keyboard to change colo

17、r 8h69:begin Color_R = 10b1111111111; Color_G = 10b1111111111; Color_B = 10b0000000000;end 8h72:begin Color_R = 10b1111111111; Color_G = 10b0000000000; Color_B = 10b1111111111;end 8h7A:begin Color_R = 10b0000000000; Color_G = 10b1111111111; Color_B = 10b1111111111;end 8h6B:begin Color_R = 10b0000001

18、111; Color_G = 10b1111111111; Color_B = 10b0001110000;end 8h73:begin Color_R = 10b1111000000; Color_G = 10b1111100001; Color_B = 10b1111100000;end 8h74:begin Color_R = 10b1000110011; Color_G = 10b1010101011; Color_B = 10b0100110000;end 8h6C:begin Color_R = 10b0110001111; Color_G = 10b1010101111; Col

19、or_B = 10b1001001000;end 8h75:begin Color_R = 10b0011001100; Color_G = 10b0000000001; Color_B = 10b1100000000;end 8h7D:begin Color_R = 10b101110011; Color_G = 10b1010101011; Color_B = 10b0100111100;end 8h16:begin Color_R = 10b1100001111; Color_G = 10b0011110011; Color_B = 10b1111000000;end 8h1E:begi

20、n Color_R = 10b1101010111; Color_G = 10b0001111000; Color_B = 10b0001111111;end 8h26:begin Color_R = 10b1111000000; Color_G = 10b1111111001; Color_B = 10b1101111111;end 8h2E:begin Color_R = 10b0011001111; Color_G = 10b0001111111; Color_B = 10b0001110000;end 8h36:begin Color_R = 10b1001000000; Color_

21、G = 10b0000000001; Color_B = 10b0000000000;end 8h3D:begin Color_R = 10b1000110011; Color_G = 10b1000000001; Color_B = 10b0110110000;end 8h3E:begin Color_R = 10b0000001111; Color_G = 10b0000101111; Color_B = 10b1001001110;end 8h46:begin Color_R = 10b000000100; Color_G = 10b0000000001; Color_B = 10b11

22、0110100;end 8h25:begin Color_R = 10b100010011; Color_G = 10b0010101011; Color_B = 10b0100111100;end default ; endcase r_ptr = r_ptr +3d1; ready = 10d96);assign oVGA_VS = (v_count = 10d2);assign oVGA_SYNC_N = 1b0;assign oVGA_BLANK_N = oVGA_HS & oVGA_VS;assign oVGA_CLOCK = vga_clk;endmodule六、实验过程（验收实

23、验的过程）图一：插入代码图二：分配引脚图三：实验现象七、实验结果操作方法：将使能端的状态调为“1”；运行开始时，在显示屏上，两个小球会在不同的起始位置沿不同的轨迹运动，通过PS/2键盘上的两处数字键盘（均为19，共18个键盘），按动数字可以变换不同的颜色。八、实验中遇到的问题及解决方案1. 绘出图形后如何使图形以近似联系的方式自由移动解决方法：通过模运算，使得坐标能按照微小的方式进行以移动；通过分频，使得变化速度不快不慢。注意模运算时，为了使坐标的一次变换比较小，对于x所加的数要与模数相近，并且使模数较大从而增加移动范围。2. 如何手控变换颜色解决方法：为不同的键盘的ASCII分配不同的颜色配比，并尽可能使组合不相同从而得到不同的颜色。通过与同学的交流，发现也可以为不同的ASCII码对应不同的颜色加上一个较小的数以增加配比，从而得到不同的颜色，这样就不需要麻烦地手动分配了。九、实验的启示/意见和建议（1）思路很重要，确定自己想要的效果，然后通过所学的知识进行实现。（2）要学会与别人交流以获取知识。

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