【正文】 直接控制下一狀態(tài)和 Mealy 與 Moore 型狀態(tài)機的定義存在很大差別，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移是強制的，且與當前狀態(tài)無關(guān)，而僅與輸入狀態(tài)相關(guān)。圖 (a)為頂層狀態(tài)機的仿真，此時直接引入枚舉類型變量 state 進行仿真。 圖 PixelCNT 模塊仿真圖（列計數(shù) vt 值） 數(shù)字電路綜合 實驗如圖 和圖 。仿真環(huán)境是 QuartusII 。 end if。 hmov = hmovus1。 最后再利用選擇器對三種子模式的行列位置控制信號進行選擇，完成模式的選擇，同時避免多驅(qū)動問題。 end if。 when 00010 = vmovus2 = vmovus2 1。報告 第 30頁 process(clk100hz) user state:us2 begin if (rising_edge(clk100hz)) then if (userstate = us2) then if((hmovus2 610) or (vmovus2 450) or (hmovus2 30) or (vmovus2 30)) then hmovus2 = 0101000000。還有值得注意的是多余按鍵狀態(tài)的處理語句，這在狀態(tài)機的設(shè)計中是不可忽視的。 解決問題的思路有兩種，一種是改變邊界檢測的的頻率和位置值改變的頻率，這一方法需要另外產(chǎn)生時鐘信號，將涉及到其它模塊的改動，且不易把握兩種檢測的時序配合關(guān)系，故沒有采用；另一種可 在到達邊界處加入判斷，導致“突變”反彈，例如 hmovus1 到達 610，則不讓其增加，而是將 hmovus1 賦值為小于 610 的某個值，如600，該值偏移 610的程度表示了突變的快慢，值越大則在邊界突變反彈越明顯。因為邏輯上的變化無延時，但實際電路必然有延時。 end process。 end if。 need to jump away from border else 100 pixel per second hmovus1 = hmovus1 1。在此略去了上下邊界反彈的描述代碼。 end if。報告 第 27頁 兩個進程分別負責左右、上下兩組邊界的判斷，置邊界標志取反，用以控制反彈時的反向。 end if。 else vmovus0 = (others = 39。 end if。)。 vclk = 39。實現(xiàn)時使用行位置計數(shù)和列位置計數(shù)，先行運動后列運動，每秒移動 100 個行像素點。 end if。 靜態(tài)方形色塊的描述如下。 要實現(xiàn)動態(tài)圖像的顯示，第一步是繪制靜態(tài)的圖形：正方形色塊。 when us2 = userstate = us0。 end process。039。第一個進程中進行了按鍵防抖動處理。 狀態(tài)定義如下。 end if。 process(clk50m) Time division process: 1hz begin if (rising_edge(clk50m)) then if counter1 = max1 then counter1 = 0。 end if。 數(shù)字電路綜合 實驗 end if。 process(clk25m) vertical counter begin if (rising_edge(clk25m)) then if (ht = 640+8) then if vt 525 then vt = vt + 1。 end if。 process(clk25m) line counter begin if (rising_edge(clk25m)) then if ht 800 then ht = ht + 1。依據(jù)時鐘信號進行計數(shù)即可，當行計數(shù)到 800像素時清空，列計數(shù)到 525時重新計數(shù)。 a sub module which can generate several substates end if。 end if。 end process。 elsif hpos 640 and vpos 420 then colors0 = 001001。 elsif hpos 640 and vpos 180 then colors0 = 000100。此處劃分采用了均分方式，只要增加劃分次數(shù)就可得到更多條幅，此處只按要求給出 8種顏色。 end process。 venable = 39。 venable = 39。當顯示像素不在定義的 640 480 范圍內(nèi)時，不輸出顏色信號，稱其為消隱區(qū)。 end if。 process(vt) vsync begin if (vt = (480+8+2) and vt (480+8+2+2)) then vsync = 39。 end process。 else hsync = 39。報告 第 20頁 圖 VGA行掃描狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 行同步信號產(chǎn)生描述如下。 由 VGA 標準中定義的時序關(guān)系，可以等效地計算出像素點的時序關(guān)系圖。 end process。 when s3 = colorstmp = colors3。 VGAMode 模塊負責根據(jù)當前狀態(tài)選擇輸出 VGAColor 送入的不同模式下的顏色圖像信號，輸出到 VGA接口。 when 11 = state = s3。 該模塊主要描述狀態(tài)機的轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移條件是 SW1和 SW2的組合值，描述如下。各模塊的 RTL圖參考 。設(shè)計是正確的。 vgacolor_port_map: vgacolor port map(clk25m = clk25m, clk100hz = clk100hz, clk1hz = clk1hz, hpos = ht, vpos = vt, sw = sw(7 downto 2),button = bt, colors0 = colors0,colors1 = colors1, colors2 = colors2,colors3 = colors3)。 pixelt_port_map: pixelt port map(clk25m = clk25m, htout = ht, vtout = vt)。 begin sw = (sw7,sw6,sw5,sw4,sw3,sw2,sw1,sw0)。 usercolors: out std_logic_vector(5 downto 0))。 end ponent。 hpos,vpos: in std_logic_vector(9 downto 0)。 hsync,vsync,henable,venable : out std_logic)。 colors: out std_logic_vector(5 downto 0))。 ponent vgasmode Define vag mode implement port (clk25m,clk1hz: in std_logic。 end ponent。報告 第 15頁 end vgacontroller。 sw0,sw1,sw2,sw3,sw4,sw5,sw6,sw7: in std_logic。 只是修改了該子模式就完全實現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計目標。這樣，整個系統(tǒng)框架就搭建好了，描述也已完整，只要分別去實現(xiàn)各個模塊的接口定義就可以了。報告 第 14頁 系統(tǒng)硬件語言描述 描述思路 第二部分“系統(tǒng)設(shè)計”中對系統(tǒng)的功能和邏輯結(jié)構(gòu)、狀態(tài)機和狀態(tài)轉(zhuǎn)移以及模塊劃分都有了詳細的敘述，模塊間的耦合和信號的傳遞關(guān)系已經(jīng)清晰。四個方向看作四種狀態(tài)，依舊采類似頂層狀態(tài)機的方式實現(xiàn)。采 數(shù)字電路綜合 實驗只要判斷 hmov 在小于 640 像素區(qū)域內(nèi)，就不斷增大 hmov 就能實現(xiàn)橫向移動，當移動到右邊界，即到達 640 像素，則將 vmov 增加，使得 豎向移動， hmov 同時賦值為 0即可使色塊折回左邊界。當需要色塊運動時，只要改變二維變量（ hmov， vmov）值即可實現(xiàn)橫向和縱向的運動。轉(zhuǎn)移條件均是子模式切換按鍵按下。 用戶模式設(shè)計 這里單獨把用戶模式提出來，是因為基本的三個顏色顯示模式 S0、 S S2 的設(shè)計思路都簡單而清晰，而用戶模式是本實驗拓展部分，實驗中設(shè)計了三種子模式 US0、US US2（參見 節(jié)中的設(shè)計目標），三種模式都是動態(tài)圖像的顯示，實現(xiàn)過程相對復雜。硬件描述時采用條件判斷語句生成帶有優(yōu)先級的選擇電路。 圖 頂層狀態(tài)機狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 基本模式有三個，以 S0、 S S2 三個狀態(tài)描述，具體實現(xiàn)是在 VGAColor 模塊中。 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖 。其具體 VHDL描述參見 。另一方面， VGAMode 將當前顏色圖像信號、 VGASig 將行場同步和消隱信號輸出到 VGAController，控制器再輸出到 VGA 接口，以控制 CRT 顯示器。報告 第 9頁 圖 控制器與各模塊以及輸入輸出關(guān)系圖 受圖片大小的制約， 無法在圖 。某些模塊沒有特別給出時鐘輸入，在具體分塊電路硬件描述時再行具體引入，詳述于 小節(jié)中。 輸入： 行和列像素位置信號，用戶控制信號。 以上模塊分別由各個 Component具體實現(xiàn)，由一個 Package 進行封裝。 e) VGAColor 產(chǎn)生所有狀態(tài)的顏色和圖像信號，輸出到 VGAMode 模塊進行選擇后送 VGA 接口。 d) VGASig 根據(jù)行列像素位置輸出 VGA 接口標準中定義的行列同步負脈沖信號和行列消隱信號，兩種信號輸入到 VGA接口中可控制 CRT顯示器的掃描。 c) PixelCNT 產(chǎn)生像素位置信號。 輸出：送往 VGA接口的 RGB顏色信號。由此，可定義如下模塊： a) VGAMode 定義頂層狀態(tài)機，四種狀態(tài)分別為橫彩模式、縱彩模式、純色模式、用戶模式，分別定義為 S0、 S S S3。 A. 頂層模塊： VGAController VGAMode Clock PixelCNT VGAColor UserMode 數(shù)字電路綜合 實驗頂層描述了整個系統(tǒng)的功能和運行；控制器子模塊實現(xiàn)系統(tǒng)中各個獨立而完整的功能部分；第三層為第二層的子模塊，用于擴展第二層的功能，具體負責用戶模式的實現(xiàn)。顏色信息的產(chǎn)生、顯示器掃描同步信號等由 VGA 控制器產(chǎn)生，其輸出為 CRT 顯示器。報告 第 3頁 數(shù)字電路綜合 實驗詳述與 。每個層次可用一個或多個具體模塊加以實現(xiàn)，層次模塊劃分詳述于 。由此，容易得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，有關(guān) 系統(tǒng)功能分析和輸入輸出約束，詳述于 。 設(shè)計目標 根據(jù)課題要求，實驗中將目標進行了細化，敘述如下： 1. 設(shè)定 4種顯示模式：橫彩模式、縱彩模式、純色模式、用戶模式； 2. 撥碼開關(guān)最低兩位 SW1～ SW0控制 4種模式的切換； 3. 撥碼開關(guān)高 6位 SW7～ SW2每兩位分別控制 RGB顯示 64種純色； 4. 橫向和縱向彩條均設(shè)置為 8種內(nèi)置的顏色； 5. 用戶模式中分 3種子模式： 1) 子模式 1 是沿固定軌跡運動模式，固定圖形沿水平方向運動，行運動到邊界后折回到下一行繼續(xù)水平運動； 2) 子模式 2 是反彈球模式，固定圖形在矩形屏幕做內(nèi)直線運動，到邊界后沿反射角方向反彈，周而復始； 3) 子模式 3 是受控運動模式，使用上下左右 4 個按鍵控制固定圖形在屏幕內(nèi)的運動方向； 4) 子模式間的切換由一個單獨的按鍵進行控制，按鍵按下后順序切換子模式。最終下載到實驗板上測試通過。完成的功能包括 64種純色的顯示、橫向和縱向彩色條幅的顯示以及正方形色塊的運動與控制。 實驗設(shè)計了基于 VHDL描述的 VGA顯示控制器，通過 FPGA控制 CRT顯示器顯示色彩和圖形。完成了狀態(tài)機和核心模塊以及系統(tǒng)整體的仿真驗證。 1. 顯示模式為 64048060Hz 模式； 2. 用撥碼開關(guān)控制