无敌防空兵
学号61010218
姓名姚顺
1、无敌防空兵
n 一款射击类小游戏，飞机扔炮弹炸防空兵，防空兵发射导弹摧毁敌机，保家卫国
2、课题背景：
n 问题：自己对VHDL语言还不够熟练掌握
n 应用背景：娱乐，放松身心
3、项目规划：
n 功能、指标、规模
v 基础部分：天空中会随即的飞机飞过，防空兵发射武器摧毁敌机。
v 防空兵可以左右移动，跳跃
v 敌军的轰炸机会发射炮弹以打击防空兵
v 敌军的火焰飞机会发射火焰一则是意图杀死防空兵，另一方面 可以烧毁地面，地面烧毁出不可进入，一旦进入则被杀死
v 天空中会有救援物资落下，包括加快子弹速度，增大子弹威 力，还有消灭目前空中所有飞机。
v 关卡模式：随着关卡增大，敌人飞机速度会不断加快，另外各个飞机的比例会有变化，主要表现为攻击型的飞机数目增大，另外飞机防御力也会增大。
v 另外整个游戏过程中会配有紧张的战斗音乐。
v 提高部分：挑战模式，在规定时间里消灭天空中所有飞机，挑战胜利可以获得道具，包括防弹，及武器改进。
v
n 面板（显示）、操作、规则
利用点阵板显示，设置七个按键，包括：
1、“启动”键：在游戏为启动前，按开始键后游戏开始。
2、“上下左右”的四个移动键：游戏中，可以利用上下左右键控制防空兵的飞行移动。
3、发射子弹键：按发射子弹键发射子弹。
4、切换子弹键：按该键能够在两种子弹之间来回切换。
5、暂停和开始键：按暂停键可以令游戏暂停，按开始键可以让暂停的游戏继续执行。
规则：
1.防空兵与敌机生命值都是3，每被击中一次生命值减一，直至为0，则此方输掉
2.若防空兵飞行时撞到敌机，则玩家输
4、实现方案：
n 核心问题分析
1.设计土地轮廓的形状，防空兵，武器，飞机形状，颜色等外观设计
2.飞机以及防空兵移动，发射子弹的控制
3.判断炸弹是否炸到防空兵，以及防空兵是否落入海里
4.飞机速度的控制，以及各种飞机的比例
5.装备奖励的随机设置
6.防空兵的生命值以及各种飞机的生命值
7.点阵板的实现
n 系统解决方案
1、防空兵的位置：用三个竖直的点阵上的点表示的防空兵位置，每个点的横纵坐标均用四位向量表示；
2、防空兵机飞机的移动：设计几个模块，分别表示防空兵和敌方战机。防空兵的移动本质就是其横或纵坐标加减一。或者是沿着土地轮廓相应的函数加减。敌方战机就是沿着一条或两条水平线移动。
3、子弹与炸弹位置：与防空兵一样用二维数组表示。
4、子弹发射与移动：当按下发射键后，子弹发射。而子弹的移动需由战车的移动方向确定。
5、生命值的确定：利用一个计数器来计数生命值，当被射中后计数器减一，当生命值为零时，防空兵被击毁。当落入海里后直接死亡。
6、点阵板的现实：由于防空兵和武器的位置都是用四位向量表示，故需译码后才能在点阵板上显示。
5、系统结构：
a) 系统框图系统结构框图
b) 模块功能描述模块功能描述
1、键盘模块：输出按键信息
2、玩家模块：控制玩家位置、生命值、发射炮弹
3、敌方战机模块：敌方战机移动、发射炸弹
4、子弹模块：控制武器位置、移动
5、生命值的确定：利用一个计数器来计数生命值，当被射中后计数器减一，当生命值为零时，死亡
总控制器：判断游戏胜负
6、显示模块：显示防空兵、飞机、武器等
c) 模块接口标注（参数、协议）
n 模块接口标注（参数、协议）
v 键盘模块：响应按键，输出特定的二进制码
v 输入
v Clk_scan：键盘扫描信号的时钟输入端
v Clk_xiaodou：键盘消抖时钟
v Clo[3..0]:键盘列信号输入端
v 输出
v down：按键信号，有按键时输出为高电平；
v change_bullet：切换炮弹信号，每按下一次切换一次炮弹类型；
v shot：发射炮弹信号，发射炮弹键，输出高电平；
v Row_out[3..0]：输出行扫描信号；
v Char_out[3..0]:对字母键按下的译码输出；
v Key_out[2..0]:对数字键2、6、5、7的译码输出（表示方向上、下，左、右）；
v turn_on:表示游戏启动；
v quit:游戏推出信号；
v initial：游戏初始化信号；
v 时钟模块
v 输入
v Clk_in：2MHzTTL方波信号输入端
v 输出
v CLK_10000：输出10000Hz频率时钟
v CLK_1000：输出1000Hz频率时钟
v CLK_1：输出1Hz频率时钟
v CLK_2：输出2Hz频率时钟
v 玩家战车模块：控制坦克移动
v 输入
v Cha_clk_Mov:玩家战车移动速度的时钟信号输入端
v lose：游戏失败信号，高电平有效
v pause：暂停信号输入端，高电平有效
v start：游戏开始信号
v initial：初始化信号
v blood_down：防空兵生命值减少信号，高电平有效
v key_in[2..0]:方向键译码输入信号
v 输出
v A1xpos[3..0],A1ypos[3..0],A2xpos[3..0],A2ypos[3..0],A3xpos[3..0],A3ypos[3..0], A4xpos[3..0],A4ypos[3..0],：敌机四个点的横纵坐标输出信号
v go_dir[1..0]:防空兵向上飞行方向信号
v A_destroy:防空兵被毁信号，高电平有效
v Ownblood[3..0]:防空兵生命值
v
v 防空兵炮弹模块：控制炮弹移动，出现和消失，判断炮弹是否击中敌机
v 输入
v go_dir[1..0]：防空兵前进方向信号
v head_xpos[3..0],head_ypos[3..0]：防空兵头部横纵坐标
v B1x[3..0]，B1y[3..0], B2x[3..0]，B2y[3..0],B3x[3..0]，B3y[3..0], B4x[3..0]，B4y[3..0]:表示敌方B敌机的四个点的横纵坐标
v C1x[3..0]，C1y[3..0], C2x[3..0]，C2y[3..0],C3x[3..0]，C3y[3..0], C4x[3..0]，C4y[3..0]:表示敌方C敌机的四个点的横纵坐标
v shot：发射炮弹信号，高电平有效
v initial：初始化信号输入端，高电平有效
v bullet_type:防空兵的导弹类型信号
v b_mov_clk:导弹移动速度时钟
v 输出
v Bullet_dir：炮弹前进方向
v B_count:敌方B敌机被打中信号
v C_count：敌方C敌机被打中信号
v bullet1_show，bullet2_show:炮弹显示信号，高电平有效
v ob1xpos[3..0], ob1ypos[3..0], ob2xpos[3..0], ob2ypos[3..0]:防空兵两枚炮弹的横纵坐标
v
v
v
v 敌方飞机模块
v 输入
v head_xpos[3..0],head_ypos[3..0]：防空兵头部横纵坐标
v ob1xpos[3..0], ob1ypos[3..0], ob2xpos[3..0], ob2ypos[3..0]:防空兵两枚炮弹的横纵坐标
v Cha_clk_Mov：敌机移动速度的时钟信号输入端
v initial：初始化信号
v lose：失败信号
v start：开始信号输入端
v pause：暂停信号输入端，高电平有效
v B_destroy，C_destroy：敌方B、C战车被毁信号
v 输出
v B1xpos[3..0],B1ypos[3..0],B2xpos[3..0],B2ypos[3..0],C3xpos[3..0],C3ypos[3..0],B4xpos[3..0],B4ypos[3..0],：敌方B飞机四个点的横纵坐标输出信号
v C1xpos[3..0],C1ypos[3..0],C2xpos[3..0],C2ypos[3..0],C3xpos[3..0],C3ypos[3..0],C4xpos[3..0],C4ypos[ 3..0],：敌方C飞机四个点的横纵坐标输出信号
v Enemy_cha_num[3..0]:敌方飞机数量
v B_go_dir[1..0],C_go_dir[1..0]：敌方B、C飞机前进方向
v
v 敌方飞机炸弹模块
v 输入：
v B_go_dir[1..0],C_go_dir[1..0]:敌方B、C飞机前进方向
v B_head_x[3..0],B_head_y[3..0],C_head_x[3..0],C_head_y[3..0]:敌方B、C飞机的头部坐标
v Initial:初始化信号
v ene_bul_clk:敌机炸弹炮弹前进速度时钟
v start：开始信号输入端
v pause：暂停信号输入端，高电平有效
v initial：初始化信号输入端，高电平有效
v A1xpos[3..0],A1ypos[3..0],A2xpos[3..0],A2ypos[3..0],A3xpos[3..0],A3ypos[3..0], A4xpos[3..0],A4ypos[3..0]:防空兵的四个点的横纵坐标
v
v 输出
v blood_down：击中玩家战车信号，高电平有效
v B_bul_show,C_bul_show:B、C飞机炮弹显示信号
v B_bul_x[3..0],B_bul_y[3..0],C_bul_x[3..0],C_bul_y[3..0]：敌方飞机B、C炮弹横纵坐标
v
v
v 控制模块：判断是否有游戏输赢，时间倒计时等
v
v 输入
v ene_cha_num[3..0]:玩家防空兵生命值
v char_in[3..0]:字母译码输入端
v b1_mov_clk:防空兵第一种炮弹移动时钟
v b2_mov_clk: 防空兵第二种炮弹移动时钟
v change_bullet:切换炮弹信号
v B_count,Count：敌方B、C飞机被击中信号
v A_destroy: 防空兵被毁信号
v Initial:初始化信号
v Clk_1sec:频率为1Hz的时钟
v Turn_on:游戏启动信号
v A1x[3..0],A1y[3..0], A2y[3..0],A3x[3..0],A3y[3..0]
v A4x[3..0],A4y[3..0]:玩家飞机四个点的横纵坐标
v Ob1x[3..0],ob1y[3..0],ob2x[3..0],ob2y[3..0]:防空兵两枚炮弹的横纵坐标
v B1x[3..0], B 1y[3..0], B 2y[3..0], B 3x[3..0], B 3y[3..0]
v B 4x[3..0], B 4y[3..0]:敌方B飞机四个点的横纵坐标
v C1x[3..0], C 1y[3..0], C 2y[3..0], C 3x[3..0], C 3y[3..0]
v C 4x[3..0], C 4y[3..0]:敌方C飞机四个点的坐标
v
v 输出
v Time_h[3..0],Time_m,Time_l[3..0]:
v Start_show[3..0]:开机倒计时时间
v Bullet_type:玩家炮弹类型
v Game_pause:游戏暂停信号
v Game_lose:游戏失败信号
v Game_win：游戏胜利信号
v B_des:敌方B飞机被毁信号
v C_des：敌方C飞机被毁信号
v Game_start:游戏开始信号
v
v
v
v
v
v 点阵板列扫描模块：
v 输入：
v Clk_1000:点阵板列扫描时钟
v 输出：
v Dianzhencol[3..0]:点阵列扫描信号
v
v 点阵板列扫描译码模块：将四位列扫描信号译码成16位
v 输入：
v Dianzhencol[3..0]:点阵列扫描信号
v 输出
v Dianzhenscan[15..0]：译码后的点阵列扫描16位信号
v
v
v 比较模块：通过对比需要亮的点的横坐标是否与扫描的列坐标相等，若相等则输出需要亮的点纵坐标
v
v 输入
v xpos[3..0],ypos[3..0]:需要亮的点的横纵坐标
v dianzhencol[3..0]:点阵的列扫描信号
v 输出：
v oypos[3..0]:需要亮的点的纵坐标
v CR：输出的需要亮的点的纵坐标是否有效信号，高电平有效
v
v 四位纵坐标向量译码模块：由于点阵板的行选有16位，故需将四位纵坐标译码成16位
v
v 输入
v Ypos[3..0]:需要量的点的纵坐标
v CR：输出的需要亮的点的纵坐标是否有效信号，高电平有效
v 输出：
v Opos[15..0]:译码出的16位信号
v
v 显示模块：
v
v 输入：
v a,b,c,d,e,f,g,h,I,j,k,l,m,n,o,p:需要亮的防空兵、防空兵炮弹、地方飞机、飞机炸弹共十六个点的坐标
v GO:开机画面Go
v Smile:[15..0]:胜利后的笑脸的16位行信号
v three_3,two_2,one_1[15..0]:开机画面3、2、1倒计时的16位行信号
v start:游戏开始信号
v lose:游戏失败信号
v win:游戏胜利信号
v start_show[3..0]:开机画面时间
v 输出：
v Y[15..0]:点阵板的16位行信号
v
n
例如EP1C6Q240C8实验箱的输入输出的实际连线与管脚表
|
输入输出名称
|
芯片引脚号
|
实验箱标注
|
钉子线连接
|
|
KEY_ROW[0]
|
120
|
ROW1
|
无
|
|
KEY_ROW[1]
|
121
|
ROW2
|
无
|
|
KEY_ROW[2]
|
122
|
ROW3
|
无
|
|
KEY_ROW[3]
|
123
|
ROW4
|
无
|
|
KEY_COL[0]
|
PIN_124
|
COL1
|
无
|
|
KEY_COL[1]
|
PIN_125
|
COL2
|
无
|
|
KEY_COL[2]
|
PIN_126
|
COL3
|
无
|
|
KEY_COL[3]
|
PIN_131
|
COL4
|
无
|
|
CLK_2M
|
PIN_28
|
CLK
|
无
|
|
DIANZHENY[0]
|
PIN_158
|
P1
|
GL16
|
|
DIANZHENY[1]
|
PIN_159
|
P2
|
GL15
|
|
DIANZHENY[2]
|
PIN_160
|
P3
|
GL14
|
|
DIANZHENY[3]
|
PIN_161
|
P4
|
GL13
|
|
DIANZHENY[4]
|
PIN_162
|
P5
|
GL12
|
|
DIANZHENY[5]
|
PIN_163
|
P6
|
GL11
|
|
DIANZHENY[6]
|
PIN_164
|
P7
|
GL10
|
|
DIANZHENY[7]
|
PIN_165
|
P8
|
GL9
|
|
DIANZHENY[8]
|
PIN_166
|
P9
|
GL8
|
|
DIANZHENY[9]
|
PIN_167
|
P10
|
GL7
|
|
DIANZHENY[10]
|
PIN_168
|
P11
|
GL6
|
|
DIANZHENY[11]
|
PIN_169
|
P12
|
GL5
|
|
DIANZHENY[12]
|
PIN_170
|
P13
|
GL4
|
|
DIANZHENY[13]
|
PIN_173
|
P14
|
GL3
|
|
DIANZHENY[14]
|
PIN_174
|
P15
|
GL2
|
|
DIANZHENY[15]
|
PIN_175
|
P16
|
GL1
|
|
DIAN_Y2[0]
|
PIN_55
|
P59
|
RL16
|
|
DIAN_Y2[1]
|
PIN_56
|
P60
|
RL15
|
|
DIAN_Y2[2]
|
PIN_57
|
P61
|
RL14
|
|
DIAN_Y2[3]
|
PIN_58
|
P62
|
RL13
|
|
DIAN_Y2[4]
|
PIN_59
|
P63
|
RL12
|
|
DIAN_Y2[5]
|
PIN_60
|
P64
|
RL11
|
|
DIAN_Y2[6]
|
PIN_61
|
P65
|
RL10
|
|
DIAN_Y2[7]
|
PIN_62
|
P66
|
RL9
|
|
DIAN_Y2[8]
|
PIN_63
|
P67
|
RL8
|
|
DIAN_Y2[9]
|
PIN_64
|
P68
|
RL7
|
|
DIAN_Y2[10]
|
PIN_65
|
P69
|
RL6
|
|
DIAN_Y2[11]
|
PIN_66
|
P70
|
RL5
|
|
DIAN_Y2[12]
|
PIN_67
|
P71
|
RL4
|
|
DIAN_Y2[13]
|
PIN_68
|
P72
|
RL3
|
|
DIAN_Y2[14]
|
PIN_73
|
P73
|
RL2
|
|
DIAN_Y2[15]
|
PIN_74
|
P74
|
RL1
|
|
SCAN_Dianzhen[0]
|
PIN_176
|
P17
|
R1
|
|
SCAN_Dianzhen[1]
|
PIN_177
|
P18
|
R2
|
|
SCAN_Dianzhen[2]
|
PIN_178
|
P19
|
R3
|
|
SCAN_Dianzhen[3]
|
PIN_179
|
P20
|
R4
|
|
SCAN_Dianzhen[4]
|
PIN_180
|
P21
|
R5
|
|
SCAN_Dianzhen[5]
|
PIN_181
|
P22
|
R6
|
|
SCAN_Dianzhen[6]
|
PIN_182
|
P23
|
R7
|
|
SCAN_Dianzhen[7]
|
PIN_184
|
P24
|
R8
|
|
SCAN_Dianzhen[8]
|
PIN_21
|
EXP_07
|
R9
|
|
SCAN_Dianzhen[9]
|
PIN_20
|
EXP_08
|
R10
|
|
SCAN_Dianzhen[10]
|
PIN_19
|
EXP_09
|
R11
|
|
SCAN_Dianzhen[11]
|
PIN_18
|
EXP_10
|
R12
|
|
SCAN_Dianzhen[12]
|
PIN_17
|
EXP_11
|
R13
|
|
SCAN_Dianzhen[13]
|
PIN_16
|
EXP_12
|
R14
|
|
SCAN_Dianzhen[14]
|
PIN_15
|
EXP_13
|
R15
|
|
SCAN_Dianzhen[15]
|
PIN_14
|
EXP_14
|
R16
|
|
own_blood[0]
|
PIN_119
|
1A
|
无
|
|
own_blood[1]
|
PIN_118
|
1B
|
无
|
|
own_blood[2]
|
PIN_117
|
1C
|
无
|
|
own_blood[3]
|
PIN_116
|
1D
|
无
|
|
own_blood[4]
|
PIN_115
|
1E
|
无
|
|
own_blood[5]
|
PIN_114
|
1F
|
无
|
|
own_blood[6]
|
PIN_113
|
1G
|
无
|
|
own_blood[7]
|
PIN_108
|
1H
|
无
|
|
ene_number[0]
|
PIN_107
|
2A
|
无
|
|
ene_number[1]
|
PIN_106
|
2B
|
无
|
|
ene_number[2]
|
PIN_105
|
2C
|
无
|
|
ene_number[3]
|
PIN_104
|
2D
|
无
|
|
ene_number[4]
|
PIN_103
|
2E
|
无
|
|
ene_number[5]
|
PIN_102
|
2F
|
无
|
|
ene_number[6]
|
PIN_101
|
2G
|
无
|
|
ene_number[7]
|
PIN_100
|
2H
|
无
|
|
TimeL[0]
|
PIN_99
|
3A
|
无
|
|
TimeL[1]
|
PIN_98
|
3B
|
无
|
|
TimeL[2]
|
PIN_97
|
3C
|
无
|
|
TimeL[3]
|
PIN_96
|
3D
|
无
|
|
TimeL[4]
|
PIN_95
|
3E
|
无
|
|
TimeL[5]
|
PIN_94
|
3F
|
无
|
|
TimeL[6]
|
PIN_93
|
3G
|
无
|
|
TimeL[7]
|
PIN_88
|
3H
|
无
|
|
TimeM[0]
|
PIN_87
|
4A
|
无
|
|
TimeM[1]
|
PIN_86
|
4B
|
无
|
|
TimeM[2]
|
PIN_85
|
4C
|
无
|
|
TimeM[3]
|
PIN_84
|
4D
|
无
|
|
TimeM[4]
|
PIN_83
|
4E
|
无
|
|
TimeM[5]
|
PIN_82
|
4F
|
无
|
|
TimeM[6]
|
PIN_81
|
4G
|
无
|
|
TimeM[7]
|
PIN_80
|
4H
|
无
|
|
TimeH[0]
|
PIN_4
|
EXP_22
|
5A
|
|
TimeH[1]
|
PIN_5
|
EXP_21
|
5B
|
|
TimeH[2]
|
PIN_6
|
EXP_20
|
5C
|
|
TimeH[3]
|
PIN_7
|
EXP_19
|
5D
|
|
TimeH[4]
|
PIN_8
|
EXP_18
|
5E
|
|
TimeH[5]
|
PIN_11
|
EXP_17
|
5F
|
|
TimeH[6]
|
PIN_12
|
EXP_16
|
5G
|
|
TimeH[7]
|
PIN_13
|
EXP_15
|
5H
|
6、状态流程图：
系统工作状态流程
|
时钟
|
|
防空兵
|
|
键盘
|
|
点阵显示
|
|
海水,物资补给
|
|
子弹
|
|
飞机
|
|
判断是否爆炸
|
n
7、各主要模块仿真结果波形
n 各模块的仿真波形，详细注释输入输出功能端口
键盘模块仿真：
防空兵模块仿真：
防空兵导弹模块仿真：
敌机模块仿真：
敌机炸弹模块仿真
8、课程设计总结
n 预期的目标与当前实现功能的差异详细注释
当前实现的功能：
1.防空兵与敌机和炮弹的显示
2.子弹的发射，及子弹类型的改变（单发和双发），判断是否击中或相撞
3.生命值的计数
4.生命值的数码管显示
5．游戏开始画面（GO），以及输赢的不同画面（红色哭脸与绿色笑脸）
6.开始暂停功能实现
差异详细注释：
1.防空兵是在整个平面上移动的，没有沿着一条预设的轨迹移动
2．飞机只有一种类型，没有类型的变化，也没有相应的产生奖励
3.只有一关，没能实现关卡模式
4.没有添加背景音乐
n 可以进一步发挥提高的部分
1.防空兵是在整个平面上移动的，没有沿着一条预设的轨迹移动
2．飞机只有一种类型，没有类型的变化，也没有相应的产生奖励
3.只有一关，没能实现关卡模式
4.没有添加背景音乐
n 课程设计体会
这算是大学里的第三次课程设计，但与前两次十分不一样，前两次都是老师定的题目，自己没有选择性，这一次我们基本上是实现了完全的独立自主吧！所以收获颇大。
从最初的第一次课程辅导，我就知道这条路上必将充满“艰辛”，首先自己在开始时候对这门语言一窍不通，一切都是从零开始，而且是完全的自学，我很喜欢这样的感觉，我觉得大学就要这样，自由的学习，找自己感兴趣的去做，这样才有动力，看了学长的许多优秀作品后，真的压力山大啊!再过选题这一关时就遇到了许多困难，说实话老师把关真的蛮严的哦！要么太简单要么太难，关键是还不能重复，的那个是算是绞尽脑汁吧！不过，不后悔，因为选题真的很重要，这直接关系到我们这一学的课程设计的各个方面，我也觉得自己选题还行，至少是一个自己蛮喜欢的游戏！
通过这次课程实践爱你，我收获最大的就是初步掌握了VHDL这门新的语言吧！而且是完全的自学，蛮有成就感的，呵呵！刚开始觉得做这样一个系统几乎是不可能的，但在看过一些指导书后，有了些眉目，顿时觉得豁然开朗，其实到最后我们整个程序中用的也就是那么几个语句，很多时候关键的往往就那么几个，抓住重点真的很重要 啊！这也算一种收获吧！
在整个设计过程中最烦的就是调试了，程序编好了，仿真什么的都没有问题，但到实物电路中就是问题频出，很让人头疼，特别是在最后的几天时间赶得特别紧，以后一定要吸取教训不能再纵容自己拖沓的性格了！
从完全不了解这么语言，完全不知道点阵板，到最后勉强完成任务，我总结了以下收获：
1、无论什么事，只要花了功夫去做，我们都可以做成，不放弃不抛弃
2、永远不能拖沓，永远记住“早起的鸟儿有虫吃”，早准备吃准备，最终都是要过那一关的，不要把所有的事都压到最后
3、善于向他人请教，老师同学都是很好的资源
9、参考文献
《VHDL语言设计及应用》姜立东等编著
北京邮电大学出版社