第一篇：北郵數字邏輯小學期交通燈控制器
實驗一交通燈控制器
一、實驗目的
a)熟練掌握 VHDL語言和QuartusII軟件的使用。b)用VHDL進行較復雜邏輯電路的設計和調試。c)熟練掌握isp期間的下載方法。d)理解狀態(tài)機的工作原理和設計方法。
二、實驗所用設備和環(huán)境
a)實驗設備：TEC－8實驗箱一個、EPM7128SLC84-15芯片一個
b)實驗環(huán)境：WinXP+QuartusII
三、實驗任務及功能介紹
在十字路口，每條道路各有一組紅、黃、綠燈，用以指揮車輛和行人有序的通行。其中紅燈亮表示禁止通行，黃燈亮表示停車，綠燈亮表示可以通行。設計一交通燈控制器用于自動控制十字路口的交通燈，指揮各種車輛和行人安全通行。a)東西和南北方向各有一組綠、黃、紅等用于指揮交通，綠燈、黃燈和紅燈的持續(xù)時間分別為5s，1s和6s。其中初始狀態(tài)為東西南北四個方向紅黃綠燈全亮，持續(xù)1秒。后東西方向綠燈，南北方向紅燈，持5秒。后東西方向黃燈閃爍，南北方向持續(xù)紅燈，維持1秒。后東西、南北方向交換。b)有緊急狀況時，如有消防車、救護車或者其他需要優(yōu)先放行的車輛時，各方向上均是紅燈亮。當緊急狀況解除時，回復原來的狀態(tài)，繼續(xù)正常運行。
c)當復位開關置1時，切換到初始狀態(tài)，即四個方向紅黃綠燈全亮。
四、課題分析及流程圖：
一共六個狀態(tài)：S0, S1, S2, S3, S4, 緊急狀態(tài)。
五、設計思路
a)本題主要是紅黃綠燈時間的計時（即分頻），和狀態(tài)的切換。由于外部時鐘信號CLK信號為1kHz，而我們需要1Hz，因此需要分頻。
b)對于計時，采用計數器方式，根據外部時鐘信號CLK，在上升沿時，將計數器加一，分別定義T1,T1,T3,T4的整型數，范圍分別是0～999，0～1999，0～4999和0～199，分別表示1秒、2秒、5秒和0.2秒，其中0.2秒用于黃燈閃爍。引入TIMER數組來表示該進行何種時間的計數，每一位依次表示紅黃綠燈，為分頻后信號。
c)設計六個狀態(tài)：S0, S1, S2, S3, S4和緊急狀態(tài)。對于狀態(tài)切換，引入currentSTATE和nextSTATE兩個狀態(tài)變量，取值在STATE中選擇：TYPE STATE IS(S0, S1, S2, S3, S4);d)東西南北方向燈的表示：有三個4位二進制數，RED、YELLOW和GREEN進行輸出，從高位到地位依次表示東西南北四個方向的燈的狀態(tài)，1亮，0滅。
e)為了得知什么時候切換狀態(tài)，需引入數組SWITCH，4位二進制數，每一位依次表示紅黃綠燈計時器是否計時結束，若結束則置1，各位相或，得到CTRL信號若有效，則需要切換狀態(tài)，反之則不用。
f)對于緊急狀態(tài)信號URGENT和復位信號CLR，則由開關控制，若置1，則有效，立即切換到緊急狀態(tài)或初始狀態(tài)S0。
六、詳細設計
a)交通燈控制器實體
b)arc中信號
c)分頻進程，以計數器形式得出T1，T2，T3，T4四種時間。
d)判斷何時切換狀態(tài)
e)控制黃燈閃爍進程，每0.2s閃爍一次
f)六種狀態(tài)的表現形式及緊急狀態(tài)的切換
七、心得體會
這次雖然小學期有兩周，但時間仍然是非常緊張。我由于身體原因在上學期期末申請了緩考，所以在小學期的同時還要準備6門緩考考試，顯得非常忙碌，能夠分給小學期的時間也不多。所以在第一天老師布置課題后，我們小組經過討論，讓我選擇了簡單一些的交通燈控制器。
在最開始的時候，顯得無從下手。雖然我們編寫過LED燈顯示和各種譯碼器，但都只是很簡單的一個進程，如今要自己設計整個控制器，覺得有點不知所措。后來用編寫C＋＋等程序的經驗，我仔細分析題目，將它分解成更小的模塊，來分別實現，最后再整合在一起。
狀態(tài)切換和顯示部分的編碼還比較簡單，但是分頻部分又有點不知所云，查閱了網上的例子和書籍后，感覺看不太懂他們的分頻方式，詢問同學，同學們也還不太清楚。后來借到第一天老師課上說的參考書，發(fā)現上面的分頻方式是以計數器的形式，利用外部時鐘，來一個上升沿計數器加一，簡單容易理解，所以采用了。
每一次編寫大作業(yè)的時候我都喜歡全部編寫完畢后再編譯、測試，但是這樣就造成錯誤過多而引起不知道從何下手。因此我這一次采取的是逐部分編譯、測試的方式。但是由于對VHDL已經一個多學期沒有碰過，生疏了很多，語法錯誤非常多。而且編譯通過后還經常不能運行。再反復完善代碼卻不能運行的時候，詢問下同學，發(fā)現自己的管腳接的大有問題。是我自己忽略了有特殊指向的管腳，導致我的外部時鐘CLK沒有輸入進去，程序無法繼續(xù)進行。并且也發(fā)生了沒有改代碼，但是換了個實驗箱就運行不了的情況，檢查了很久發(fā)現是模式控制沒有打到硬布線模式，影響了整體程序的運行，這些都是不通過自己調試、檢驗無法學習到的。
這兩周的時間，我將自己的效率放大到最大，但是仍然因時間問題無法完成交通燈倒計時顯示部分，也是小學期的一個遺憾。不過這兩周，我不但又一次加深理解了自己動手操作的重要性，也對于芯片的設計思路有了更好的理解。由于交通燈控制器是一個簡單一些的程序，因此我沒有分模塊實現，沒有用到原理圖，也沒有遇到芯片的邏輯塊溢出的問題，但是在每天的最后，小組討論時，我們都會討論解決這些問題，也讓我從中學到了很多?？傮w來說，這一次的小學期算是收獲頗豐。附件一：VHDL源代碼 LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY trafficLight IS
PORT(CLR, CLK, URGENT : IN STD_LOGIC;GREEN : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);YELLOW : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);RED : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));
--CLOCK : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));END trafficLight;ARCHITECTURE lightARC OF trafficLight IS TYPE STATE IS(S0, S1, S2, S3, S4);SIGNAL currentSTATE, nextSTATE : STATE;SIGNAL CTRL : STD_LOGIC;SIGNAL SWITCH : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
--切換狀態(tài)
SIGNAL TIMER : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
--時鐘計時 SIGNAL T1 : INTEGER RANGE 0 TO 999;
--1s SIGNAL T2 : INTEGER RANGE 0 TO 1999;
--2s SIGNAL T3 : INTEGER RANGE 0 TO 4999;
--5s SIGNAL T4 : INTEGER RANGE 0 TO 199;
--0.2s
--SIGNAL T5 : INTEGER RANGE 0 TO 999;
BEGIN PROCESS(CLK, SWITCH)
BEGIN
IF(CLK'event AND CLK = '1')THEN
IF(SWITCH(0)= '0')THEN TIMER(0)<= '0';
T1 <= 0;
ELSE IF(T1 = 999 AND URGENT = '0')THEN
T1 <= 0;
TIMER(0)<= '1';
ELSE IF(URGENT = '0')THEN
T1 <= T1 + 1;TIMER(0)<= '0';
END IF;END IF;END IF;
IF(SWITCH(1)= '0')THEN TIMER(1)<= '0';
T2 <= 0;
ELSE IF(T2 = 1999 AND URGENT = '0')THEN
T2 <= 0;
TIMER(1)<= '1';
ELSE IF(URGENT = '0')THEN
T2 <= T2 + 1;
TIMER(1)<= '0';
END IF;
END IF;
END IF;
IF(SWITCH(2)= '0')THEN
T3 <= 0;TIMER(2)<= '0';
ELSE IF(T3 = 4999 AND URGENT = '0')THEN
T3 <= 0;TIMER(2)<= '1';
ELSE IF(URGENT = '0')THEN
T3 <= T3 + 1;
TIMER(2)<= '0';
END IF;
END IF;
END IF;
END IF;END PROCESS;
CTRL <= TIMER(0)OR TIMER(1)OR TIMER(2);切換狀態(tài)
PROCESS(CLK, SWITCH(3))
BEGIN
IF(CLK'event AND CLK = '1')THEN
IF(T4 = 199 AND SWITCH(3)= '1')THEN
T4 <= 0;
TIMER(3)<= NOT TIMER(3);
ELSIF(SWITCH(3)= '1')THEN
T4 <= T4 + 1;
END IF;
END IF;
END PROCESS;
PROCESS(CTRL, CLR)
BEGIN
--倒計時完成IF(CLR = '1')THEN currentSTATE<= s0;
ELSIF(CTRL'event AND CTRL = '0')THEN currentSTATE<= nextSTATE;
END IF;
END PROCESS;
PROCESS(currentSTATE, URGENT)
BEGIN
IF(URGENT = '1')THEN
--緊急狀態(tài)，所有方向點亮紅燈
GREEN <= “0000”;YELLOW <= “0000”;RED <= “1111”;
ELSE
CASE currentSTATE IS
WHEN s0 => SWITCH <= “0001”;
GREEN <= “1111”;
YELLOW <= “1111”;
RED <= “1111”;
--CLOCK <= “0000”;nextSTATE<= s1;
WHEN s1 => SWITCH <= “0100”;
GREEN <= “1100”;
YELLOW <= “0000”;
RED <= “0011”;
--CLOCK <= “0110”;nextSTATE<= s2;WHEN s2 => SWITCH <= “1010”;
GREEN <= “0000”;
YELLOW(3)<= TIMER(3);--閃爍 YELLOW(2)<= TIMER(3);YELLOW(1 DOWNTO 0)<= “00”;nextSTATE<= s3;WHEN s3 => SWITCH <= “0100”;
GREEN <= “0011”;
YELLOW <= “0000”;
RED <= “1100”;
--CLOCK <= “0110”;nextSTATE<= s4;
WHEN s4 => SWITCH <= “1010”;
GREEN <= “0000”;
YELLOW(3 DOWNTO 2)<= “00”;
YELLOW(1)<= TIMER(3);--閃爍 YELLOW(0)<= TIMER(3);
RED <= “1100”;nextSTATE<= s1;
END CASE;
END IF;
END PROCESS;
--
PROCESS(CLK, CLOCK)
--
BEGIN----------IF(CLK'event AND CLK = '1')THEN
IF(CLOCK = “0000”)THEN CLOCK <= “0110”;ELSE CLOCK <= CLOCK-1;END IF;IF(T5 = 999)THEN T5 <= 0;--
ELSE T5 <= T5 + 1;--
END IF;--
END IF;
--
END PROCESS;END lightARC;
附件二：調試日志 2015／9／8周二：
復習VHDL基礎知識及語法，了解交通燈大致編寫思路。2015／9／9周三：
分解交通燈控制器：分頻部分，狀態(tài)切換部分，顯示部分
今日計劃：初步完成分頻部分，考慮程序流程和各個進程間的配合。學習時鐘分頻的方式：途徑：去圖書館借書查閱《VHDL數字電路設計與應用實踐教程》，采用計數器的方式，針對外部時鐘所給的1kHz分成1Hz，從而得到想要的5s、1s、0.2s等時間。
遇到問題：能夠得到時間，但不知道該怎么將時間運用到狀態(tài)切換中。解決方案：上網查閱資料。2015／9／10周四：
今日計劃：完成狀態(tài)切換部分和顯示部分，考慮如何將分頻好的時鐘信號用在狀態(tài)切換部分。
遇到問題：切換狀態(tài)部分和顯示部分比較簡單，只是需要注意if－else語句使用，因為VHDL語法不熟悉導致語法報錯很多。定義的狀態(tài)太多，重復性大。
解決方案：開始在狀態(tài)切換時，沒想好要幾個狀態(tài)，零零散散分了很多個，導致很多狀態(tài)其實根本是重合的，刪減后得到最精簡的6個狀態(tài)。對于分頻時鐘，引入TIMER數組記錄時鐘是否計時完畢，若完畢則需要切換狀態(tài)，將分頻部分與其他部分串接在一起。2015／9／11周五：
今日計劃：完成程序，在TEC－8上進行初步調試。
遇到問題：忘記如何下載芯片，詢問同學后解決。成功下載芯片后發(fā)現不能運行，燈的顯示也是亂的。
解決方案：回頭看代碼，發(fā)現在TIMER信號表示出計時完畢后，并沒有給激勵進行狀態(tài)切換，引入CTRL信號給予激勵，當CTRL有效時切換狀態(tài)，為了方便觀察CTRL信號的變化，將其連接到燈上。遇到問題：下載芯片后仍舊不能繼續(xù)運行，但CTRL信號有改變。2015／9／14周一：
今日計劃：完善程序，在TEC－8上運行成功。
遇到問題：下載芯片后仍舊不能繼續(xù)運行，但CTRL信號有改變。解決方案：能夠判斷計時結束，能夠給激勵改變狀態(tài)，卻沒有改變狀態(tài)。發(fā)現沒有信號表示紅黃綠燈的切換，用S0～S4來判斷狀態(tài)并切換，但發(fā)現紅黃綠燈有對稱，而S2和S4、S1和S3對于計時器來說沒有任何區(qū)別，不需要重復判斷，因此引入SWITCH數組，每一位代表一種燈，使得能夠判斷計時結束后切換到何種狀態(tài)，減少重復。修改編譯報錯。2015／9／15周二：
今日計劃：完成程序，并在TEC－8上正確運行。
遇到問題：下載芯片后仍舊不能運行。發(fā)現管腳配置有問題。解決方案：按照老師給的ppt上的管腳配置，CLK接57管腳，CLR、URGENT分別接81，80開關上。RED，YELLOW，GREEN按順序接到20到34的紅黃綠燈上。（開始將CLR接到1號管腳上，發(fā)現必須一直按著CLR才可以運行程序，后將CLR改接開關上。）
遇到問題：在上午運行成功后，下午換了一臺電腦，發(fā)現下載芯片后程序不動了。
解決方案：在完全沒有改代碼的情況下只能檢查實驗箱是否有誤碰情況。排除燈顯示問題后，確定是外部時鐘沒有走，發(fā)現開關置于獨立而非硬布線模式，導致程序無法運行。撥回獨立后運行正常。2015／9／16周三：
完成交通燈控制器，改正紅綠燈顯示不合理的地方，在考慮加入倒計時模塊未果后，接受驗收。
第二篇：數字系統(tǒng)課程設計交通燈控制器
東南大學
《數字系統(tǒng)課程設計》
設計報告
項目名稱： 交通燈控制器
姓
名：
學
號：
專
業(yè)：
實 驗 室： 電工電子實驗中心
組
別：
無
同組人員：
無
設計時間： 2016 年月 26 日
——
2016 年 9 月 20日 評定成績：
審閱教師：
目錄
一.設計方案及論證……………………………………………… 3 二．模塊設計……………………………………………………… 5 三.總體設計與仿真……………………………………………… 10 四.總結…………………………………………………………… 12 一.設計方案及論證
1.設計使用環(huán)境
本交通燈控制系統(tǒng)設計利用Verilog HDL語言進行設計編程，利用Cyclone EP1C6Q240C8芯片和一些外圍器件組成硬件電路，利用Quartus II軟件將編寫好的程序進行編譯和仿真，并將調試完成的程序下載到Cyclone EP1C6Q240C8芯片上，通過觀測電路板上的紅綠信號燈以及數碼管顯示來分析系統(tǒng)的性能。
2.設計任務分析
主干道與鄉(xiāng)村公路十字交叉路口在現代化的農村星羅棋布，為確保車輛安全、迅速地通過，在交叉路口的每個入口處設置了紅、綠、黃三色信號燈。紅燈禁止通行；綠燈允許通行；黃燈亮則給行駛中的車輛有時間行駛到禁行線之外。主干道和鄉(xiāng)村公路都安裝了傳感器，檢測車輛通行情況，用于主干道的優(yōu)先權控制。
設計要求：
1)當鄉(xiāng)村公路無車時，始終保持鄉(xiāng)村公路紅燈亮，主干道綠燈亮。2)當鄉(xiāng)村公路有車時，而主干道通車時間已經超過它的最短通車時間時，禁止主干道通行，讓鄉(xiāng)村公路通行。主干道最短通車時間為25s。
3)當鄉(xiāng)村公路和主干道都有車時，按主干道通車25s，鄉(xiāng)村公路通車16s交替進行。4)不論主干道情況如何，鄉(xiāng)村公路通車最長時間為16s。
5)在每次由綠燈亮變成紅燈亮的轉換過程中間，要亮5s時間的黃燈作為過渡。6)用開關代替?zhèn)鞲衅髯鳛闄z測車輛是否到來的信號。用紅、綠、黃三種顏色的發(fā)光二極管作交通燈。7)數碼管倒計時顯示
3.測量控制原理
1）通過乒乓開關來控制FPGA輸入信號的電平，從而控制交通燈工作。
2）利用FPGA輸出的電平信號去驅動靜態(tài)數碼管及三色小燈來模擬交通燈。
4.頂層設計方案框圖及說明
1）交通燈控制器框圖
C表示鄉(xiāng)村道路是否有車到來，1表示有，0表示無；SET用來控制系統(tǒng)的開始及停止；RST是復位信號，高電平有效，當RST為1時，恢復到初始設置；CLK是外加時鐘信號；MR、MY、MG分別表示主干道的紅燈、黃燈和綠燈；CR、CY、CG分別表示鄉(xiāng)村道路的紅燈、黃燈和綠燈，1表示亮，0表示滅。
2）流程圖
MGCR表示主干道綠燈，鄉(xiāng)村道路紅燈；MYCR表示主干道黃燈，鄉(xiāng)村道路紅燈；MRCG表示主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路綠燈；MRCY表示主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路黃燈；T0=1表示主干道最短通車時間到，T1=1表示5秒黃燈時間到，T2=1表示鄉(xiāng)村道路最長通車時間到。二.模塊設計
1.模塊功能及端口說明
1）分頻模塊
輸入端為clk_in，即實驗箱自帶脈沖輸入信號，輸出端為clk，即想得到的頻率。2）主控制模塊
輸入端為CLK、RST、C。其中c為鄉(xiāng)村道路開關，為1時表示鄉(xiāng)村道路有車；rst為初始化開關，為1時表示初始化為主干道綠燈，鄉(xiāng)村道路紅燈的狀態(tài)。
輸出端為MG、MY、MR、CG、CY、CR分別表示主干道和鄉(xiāng)村道路的紅黃綠燈，與LED燈相連；mh、ml、ch、cl分別表示主干道和鄉(xiāng)村道路倒計時顯示的高低位，與數碼管相連。
3）數碼管顯示模塊
輸入端為clk和count，輸出端為LED。
2.主要功能的設計方法
1）分頻模塊
試驗箱可選晶振有2M和50M，選擇使用2M后，設置分頻系數為2000000，每計數到1000000，則輸出取反，最終可得到1HZ的時鐘信號。
2）主控制模塊
設置兩個外部控制條件：初始化（RST）；鄉(xiāng)村干道是否有車（C）；
設置一個內部計數變量：NUM，通過相關運算取余取整得到數碼管顯示高低位；
通過有限狀態(tài)機實現四個狀態(tài)的循環(huán)切換。
3.Verilog設計程序及說明
1）分頻模塊
module fre(clk_in,clk);input clk_in;output clk;reg clk;reg [31:0]k;always @(negedge clk_in)begin
if(k>=1000000)//1000000分頻 begin clk<=~clk;//取反
k<=0;end else
k<=k+1;//計數
end endmodule 2）主控制模塊
module traffic(CLK,RST,C,MG,MY,MR,CG,CY,CR,mh,ml,ch,cl);input CLK,RST,C;output [3:0]mh,ml,ch,cl;output MG,MY,MR,CG,CY,CR;reg [3:0] mh,ml,ch,cl;reg MG,MY,MR,CG,CY,CR;reg [31:0] COUNT;reg [5:0]state;parameter s1=6'b100001,s2=6'b010001,s3=6'b001100,s4=6'b001010;always @(posedge CLK)if(RST)//初始化
begin
state = s1;//最初狀態(tài)，主通行，鄉(xiāng)村不通行 MG=1;MY=0;MR=0;CG=0;CY=0;CR=1;COUNT = 0;
mh=2;//主干道綠燈25s，鄉(xiāng)村道路紅燈5s
ml=5;
ch=3;
cl=0;
end else case(state)s1: begin COUNT = COUNT+1;
if((COUNT>=25)&&(C==1))//25s已計完且鄉(xiāng)村道路來車，跳轉到s2狀態(tài)
begin
state = s2;//主干道黃燈，鄉(xiāng)村道路紅燈
MG=0;MY=1;MR=0;CG=0;CY=0;CR=1;COUNT = 0;mh=0;ml=5;ch=0;cl=5;end else if(COUNT<25)//25s沒有計完，保持s1狀態(tài)
begin
state = s1;
MG=1;MY=0;MR=0;CG=0;CY=0;CR=1;
mh=(25-COUNT)/10;//取整取余換算，倒計時顯示
ml=(25-COUNT)%10;ch=(30-COUNT)/10;cl=(30-COUNT)%10;end else if(COUNT >= 25 && C == 0)//25s計完，鄉(xiāng)村道路仍然沒有車
begin
state = s1;//保持s1 MG=1;MY=0;MR=0;CG=0;CY=0;CR=1;mh=0;//數碼管顯示0
ml=0;
ch=0;
cl=0;
end
end s2: begin COUNT = COUNT+1;
if(COUNT==5)//5s黃燈已計完
begin
state = s3;//主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路綠燈 MG=0;MY=0;MR=1;CG=1;CY=0;CR=0;COUNT = 0;
mh=2;//主干道21s紅燈，鄉(xiāng)村道路16s綠燈
ml=1;
ch=1;
cl=6;
end else
begin
state = s2;//5s黃燈未計完時，保持s2狀態(tài)
MG=0;MY=1;MR=0;CG=0;CY=0;CR=1;
mh=0;
ml=5-COUNT;
ch=0;
cl=5-COUNT;
end end s3: begin COUNT = COUNT+1;
if(((COUNT>=16)&&(C==1))||(C==0))//鄉(xiāng)村道路16s通行時間已結束，不管有無來車，均跳轉s4狀態(tài)
begin
state = s4;//主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路黃燈
MG=0;MY=0;MR=1;CG=0;CY=1;CR=0;
COUNT = 0;
mh=0;
ml=5;
ch=0;
cl=5;
end else
begin
state = s3;//16s未結束，仍保持s3狀態(tài)
MG=0;MY=0;MR=1;CG=1;CY=0;CR=0;
mh=(21-COUNT)/10;
ml=(21-COUNT)%10;
ch=(16-COUNT)/10;
cl=(16-COUNT)%10;
end end s4: begin COUNT = COUNT+1;if(COUNT==5)//5s黃燈時間結束
begin
state = s1;//回到s1狀態(tài)
MG=1;MY=0;MR=0;CG=0;CY=0;CR=1;
COUNT = 0;
mh=2;
ml=5;
ch=3;
cl=0;
end else
begin
state = s4;//否則保持s4狀態(tài)
MG=0;MY=0;MR=1;CG=0;CY=1;CR=0;
mh=0;
ml=5-COUNT;
ch=0;
cl=5-COUNT;
end end default:
begin
state = s1;
MG=1;MY=0;MR=0;CG=0;CY=0;CR=1;
COUNT = 0;
mh=0;
ml=5-COUNT;
ch=0;
cl=5-COUNT;
end endcase endmodule 3）數碼管顯示模塊 module led(clk,count,LED);input clk;input [3:0]count;output [7:0]LED;reg [7:0]LED;always @(posedge clk)begin case(count)
4'b0000:LED=8'b00000011;
4'b0001:LED=8'b10011111;
4'b0010:LED=8'b00100101;
4'b0011:LED=8'b00001101;
4'b0100:LED=8'b10011001;
4'b0101:LED=8'b01001001;
4'b0110:LED=8'b01000001;
4'b0111:LED=8'b00011111;
4'b1000:LED=8'b00000001;
4'b1001:LED=8'b00001001;
default:LED=8'b00000001;endcase end endmodule 4.仿真圖及說明
（1）分頻模塊
由于實際應用中分頻較大，仿真時為方便觀察，將分頻頻數設置為20。輸入為clk_in,周期為10ns；輸出為clk，其周期為200ns，與理論值相符。（2）主控制模塊
與總體仿真相同，在此不再贅述。
三.總體設計與仿真
1.頂層設計圖及說明
fre為分頻模塊，traffic為主控制模塊，led為數碼管顯示模塊。輸入端有clk_in、c和rst，輸出端有MG、MY、MR、CG、CY、CR和mh、ml、ch、cl。
2.仿真圖及說明
輸入有：C、CLK和RST 輸出有：CG、CR、CY、MG、MR、MY、ch、cl、mh和ml C為鄉(xiāng)村道路是否來車，1表示來車，0表示無車；CLK為時鐘信號；RST為初始化功能，1有效；CG、CR、CY、MG、MR、MY分別表示鄉(xiāng)村道路綠燈、紅燈、黃燈，主干道綠燈、紅燈、黃燈；ch、cl、mh、ml分別表示鄉(xiāng)村道路和主干道紅綠燈倒數顯示高低位。
3.實驗結果
（1）鄉(xiāng)村道路無車時
鄉(xiāng)村道路無車時，主干道25s倒數，鄉(xiāng)村道路30s倒數結束后，保持0，且主干道綠燈亮，鄉(xiāng)村道路紅燈亮。（2）鄉(xiāng)村道路有車時
若鄉(xiāng)村道路一直有車，主干道25s（即S1狀態(tài)）倒計時結束后，主干道切換黃燈，鄉(xiāng)村道路保持紅燈（即S2狀態(tài)）；5s黃燈倒計時結束后，主干道切換紅燈，時間21s，鄉(xiāng)村道路切換綠燈，時間16s（即S3狀態(tài)）；鄉(xiāng)村道路16s綠燈結束后，切換黃燈，主干道保持紅燈（即S4狀態(tài)），5s黃燈結束后，回到S1狀態(tài)，即主干道25s綠燈，鄉(xiāng)村道路30s紅燈，若一直有車，則循環(huán)進行。
四.總結
1.實驗結果分析
（1）輸入與輸出
兩個開關：一個初始化控制開關，一個鄉(xiāng)村道路開關。初始化開關打開后復位，交通燈開始工作，鄉(xiāng)村道路打開表示鄉(xiāng)村公路上有車。
輸出：四個數碼管，兩個顯示主干道交通燈時間，兩個顯示鄉(xiāng)村道路時間；六個led燈，兩紅兩黃兩綠分別表示主干道和鄉(xiāng)村公路的紅黃綠燈。（2）運行過程
1）初始狀態(tài)（S1）
左側為主干道倒計時，右側為鄉(xiāng)村道路倒計時；主干道綠燈亮，鄉(xiāng)村道路紅燈亮。K1為初始化按鍵，K2為鄉(xiāng)村道路有無來車。
2）主干道25s綠燈結束后切換黃燈，鄉(xiāng)村道路紅燈（S2）
3）主干道5s黃燈結束，切換紅燈21s，鄉(xiāng)村道路切換綠燈16s（S3）
4）鄉(xiāng)村道路16s綠燈結束，切換黃燈，主干道紅燈（S4）
5s黃燈倒計時結束，回到S1狀態(tài)，若一直有車，則循環(huán)S1-S2-S3-S4-S1。
2.問題解決方法
問題1：數碼管顯示與紅綠燈切換不同時。
解決方法：紅綠燈輸出后面增加一延時模塊，延時一個CLK，使其與數碼管顯示同步。問題2：理解錯題意，在S3狀態(tài)（即主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路綠燈）時，此時若鄉(xiāng)村道 路無車通過，應立即切換為S4狀態(tài)（即主干道紅燈，鄉(xiāng)村道路黃燈），而不是等當前計數結束再切換。
解決方法:將代碼修改為if(((COUNT>=16)&&(C==1))||(C==0))，修改后符合要求，解決了問題。
3.心得體會
通過此次系統(tǒng)設計，我對verilog HDL語言有了初步了解，并對利用quartus來進行系統(tǒng)設計有了更加深入的理解，操作也更加熟練。在設計過程中應該先設計好總體架構，再進行模塊的具體設計，通過分析每個模塊要實現的功能來寫代碼，并注意編寫注釋，便于以后的理解修改。編譯時要注意設置頂層文件，先進行仿真觀察結果是否正確，對代碼進行修改，仿真結果正確后再下載到硬件，測試系統(tǒng)功能。
參考書目： ［1］ 夏宇聞，《Verilog數字系統(tǒng)設計教程》，北京，北京航空航天大學出版社，2013年 ［2］ 王金明，《數字系統(tǒng)設計與Verilog HDL》，北京，電子工業(yè)出版社，2011年
第三篇：北郵小學期c++文檔
1.＋＋程序設計實驗報告
姓名： 班級： 學號： C
要求：
猜價格游戲
編寫C++程序完成以下功能：
（1）假定有一件商品，程序用隨機數指定該商品的價格（1-1000的整數）；
（2）提示用戶猜價格，并輸入：若用戶猜的價格比商品價格高或低，對用戶作出相應的提示；（3）直到猜對為止，并給出提示。
算法：
int main(){ int price,input;srand(time(NULL));price=rand()%1000;cout<<“請輸入數字,1到1000之間n”;cin>>input;while(input!=price){ if(input>price)cout<<“錯誤,大了，請重新輸入n”;else cout<<“錯誤,小了，請重新輸入n”;cin>>input;} cout<<“答對了n”;system(“pause”);} 思路：
使用srand()函數產生隨機數，調用time.h的time（）函數讀取系統(tǒng)時間作為產生隨機數的種子。采用循環(huán)結構，使函數運行至猜對價格，用cout輸出，用cin輸入。
2.要求：
矩形
編寫C++程序完成以下功能：
（1）定義一個Point類，其屬性包括點的坐標，提供計算兩點之間距離的方法；（2）定義一個矩形類，其屬性包括左上角和右下角兩個點，提供計算面積的方法；
（3）創(chuàng)建一個矩形對象，提示用戶輸入矩形左上角和右下角的坐標；
（4）觀察矩形對象以及Point類成員的構造函數與析構函數的調用；（5）計算其面積，并輸出。
算法：
class point { private: float x1,y1,x2,y2;public:
};
class rectangle { private: point a;public: rectangle(){ point(){
} x1=0;y1=0;x2=0;y2-0;float dis(){ return sqrt((x1-x2)*(x1-x2)+(y1-y2)*(y1-y2));} float getx(){ return x2-x1;} float gety(){ return y1-y2;} void set(float a1,float b1,float a2,float b2){
} x1=a1;y1=b1;x2=a2;y2=b2;
};
} float x1,y1,x2,y2;cout<<“請輸入左上角點的橫坐標”<
本題的關鍵在于創(chuàng)建point和rectangle兩個類，在point中聲明四個private成員分別是兩個點的橫坐標和縱坐標。聲明返回private值的函數。Rectangle中將point類作為其private成員，在public中聲明構造函數，讀入兩個點的橫坐標和縱坐標，傳給point。并聲明計算面積的函數，利用point中返回x，y的函數得到長方形的x，y值計算其面積。
3.要求：
友元
編寫C++程序完成以下功能：
（1）定義一個Boat和Car兩個類，他們都具有私用屬性——重量；（2）編寫一個函數，計算兩者的重量和。
double TotalWeight(Boat& b, Car& c);
算法：
class boat;class car { private: double w;public:
car(){
cout<<“請輸入車的重量：n”;
};
cin>>w;} friend double TotalWeight(boat& b,car& c);class boat { private: double w;public:
boat(){
cout<<“請輸入船的重量：n”;
cin>>w;} friend double TotalWeight(boat& b,car& c);};
double TotalWeight(boat& b,car& c){ return(c.w+b.w);}
void main(){
} car c;boat b;cout<<“總重量是：n”< 聲明car，boat兩個類，兩者中都包含w這個private成員，用來記錄重量，在car和boat的public中都聲明友元函數TotalWeight()。這樣TotalWeight()就能同時訪問到car和boat的private成員了。 4.要求： 矩形 編寫C++程序完成以下功能： （6）定義一個Point類，其屬性包括點的坐標，提供計算兩點之間距離的方法；（7）定義一個矩形類，其屬性包括左上角和右下角兩個點，提供計算面積的方法； （8）創(chuàng)建一個矩形對象，提示用戶輸入矩形左上角和右下角的坐標；（9）觀察矩形對象以及Point類成員的構造函數與析構函數的調用；（10）計算其面積，并輸出。 算法： void init(int a[][5]){ } for(int i=0;i<=3;i++){ } cin>>a[i][0]>>a[i][1]>>a[i][2]>>a[i][3]>>a[i][4]; void print(int a[][5]){ } void add(int a1[][5],int a2[][5],int a3[][5]){ for(int i=0;i<=3;i++) } void subtract(int a1[][5],int a2[][5],int a3[][5]){ } for(int i=0;i<=3;i++){ } for(int n=0;n<=4;n++)a3[i][n]=a1[i][n]-a2[i][n];{ } for(int n=0;n<=4;n++)a3[i][n]=a1[i][n]+a2[i][n];for(int i=0;i<=3;i++){ } for(int n=0;n<=4;n++)cout< void main(){ int a1[4][5],a2[4][5],a3[4][5];cout<<“請輸入第一個矩陣：n”; init(a1);getchar();cout<<“請輸入第二個矩陣：n”;init(a2);cout<<“和為：n”;add(a1,a2,a3);print(a3);cout<<“差為：n”;subtract(a1,a2,a3);print(a3);system(“pause”);思路： 聲明三個4行5列的數組，讀入矩陣的元素存入數組，用二重遞歸的方式遍歷數組，執(zhí)行加，減，輸出操作。 5.要求： 編寫C++程序完成以下功能： （1）假定矩陣大小為4×5（整型）； （2）矩陣空間采用new動態(tài)申請，保存在指針中； （3）定義矩陣初始化函數，可以從cin中輸入矩陣元素；（4）定義矩陣輸出函數，將矩陣格式化輸出到cout； （5）定義矩陣相加的函數，實現兩個矩陣相加的功能,結果保存在另一個矩陣中；（6）定義矩陣相減的函數，實現兩個矩陣相減的功能,結果保存在另一個矩陣中；（7）動態(tài)申請三個矩陣：A1、A2、A3；（8）初始化A1、A2； （9）計算并輸出A3 = A1加A2，A3 = A1減A2；（10）釋放矩陣空間。 算法： void main(){ int **a1,**a2,**a3;a1=new int*[4];for(int i=0;i<=4;i++) } a1[i]=new int[5];a2=new int*[4];for(int i=0;i<=4;i++)a2[i]=new int[5];a3=new int*[4];for(int i=0;i<=4;i++)a3[i]=new int[5];cout<<“請輸入第一個矩陣：n”;init(a1);//getchar();cout<<“請輸入第二個矩陣：n”;init(a2);cout<<“和為：n”;add(a1,a2,a3);print(a3);cout<<“差為：n”;subtract(a1,a2,a3);print(a3);ifree(a1);ifree(a2);ifree(a3);system(“pause”);思路： 聲明a為指向指針的指針，先申請一個四個元素的數組，類型為int**，用來儲存每行第一個元素的指針。如此聲明之后就可以用a[i][j]來訪問某個元素了。 6.要求： 編寫C++程序完成以下功能： （1）用類來實現矩陣，定義一個矩陣的類，屬性包括： ? 矩陣大小，用 lines, rows（行、列來表示）； ? 存貯矩陣的數組指針，根據矩陣大小動態(tài)申請（new）。 （2）矩陣類的方法包括： ? ? ? ? ? ? ? 構造函數，參數是矩陣大小，需要動態(tài)申請存貯矩陣的數組； 析構函數，需要釋放矩陣的數組指針； 拷貝構造函數，需要申請和復制數組； 輸入，可以從cin中輸入矩陣元素； 輸出，將矩陣格式化輸出到cout； 矩陣相加的函數，實現兩個矩陣相加的功能,結果保存在另一個矩陣類，但必須矩陣大小相同； 矩陣相減的函數，實現兩個矩陣相減的功能,結果保存在另一個矩陣 類，但必須矩陣大小相同。 （3）（4）（5）（6）定義三個矩陣：A1、A2、A3； 初始化A1、A2； 計算并輸出A3 = A1加A2，A3=A1減A2； 用new動態(tài)創(chuàng)建三個矩陣類的對象：pA1、pA1、pA3； （7）初始化pA1、pA2； （8）計算并輸出pA3=pA1加pA2，pA3=pA1減pA2；（9）釋放pA1、pA1、pA3。 算法： class matric{ private: int lines,rows;int **a;public: void init(){ cin>>lines>>rows;a=new int*[lines];for(int n=0;n<=lines-1;n++) a[n]=new int[rows]; } void input(){ } for(int i=0;i<=lines-1;i++)for(int n=0;n<=rows-1;n++)cin>>a[i][n];void output(){ } for(int i=0;i<=lines-1;i++){ } for(int n=0;n<=rows-1;n++)cout< int getlines(){ return lines;} void copy(int** &b) for(int i=0;i<=lines-1;i++)for(int n=0;n<=rows-1;n++)b[i][n]=a[i][n];b=new int*[lines];for(int i=0;i<=lines-1;i++)b[i]=new int[rows]; { } void add(matric A1,matric A2) { int**a1,**a2;lines=A1.getlines();rows=A1.getrows();A1.copy(a1);A2.copy(a2); a=new int*[lines];for(int i=0;i<=lines-1;i++) a[i]=new int[rows]; for(int i=0;i<=lines-1;i++){ } for(int n=0;n<=rows-1;n++)a[i][n]=a1[i][n]+a2[i][n];} void Free() { int**temp=a; for(int i=0;i<=lines-1;i++){ delete a[i]; } } void sub(matric A1,matric A2){ int**a1,**a2;lines=A1.getlines();rows=A1.getrows(); };A1.copy(a1);A2.copy(a2); a=new int*[lines];for(int i=0;i<=lines-1;i++) a[i]=new int[rows]; } for(int i=0;i<=lines-1;i++){ } for(int n=0;n<=rows-1;n++)a[i][n]=a1[i][n]-a2[i][n];思路： 首先需要讀入數組的行列，用上題動態(tài)申請數組的方法來動態(tài)申請。本題的關鍵在于編寫copy函數，從private中傳出數組的值，只是將上題4,5這兩個常量改成了lines，rows這兩個變量。使用copy函數的好處在與只允許單向傳出數組的元素，而不允許指令來修改數組的元素從而保護了數據的安全。執(zhí)行加減法時可以聲明兩個int**類型元素用來指向數組，用矩陣類中的copy函數，分別從A1，A2中拷貝出數組的元素，拷貝出值之后，加減操作與上題一樣，用a[i][j]來訪問數組元素即可。 7.要求： 形狀 （一）編寫C++程序完成以下功能： （1）聲明一個基類Shape（形狀），其中包含一個方法來計算面積；（2）從Shape派生兩個類矩形和圓形；（3）從矩形派生正方形； （4）分別實現派生類構造函數、析構函數和其他方法； （5）創(chuàng)建派生類的對象，觀察構造函數、析構函數調用次序；（6）不同對象計算面積。 算法： class shape { public: shape() { cout<<“shape 的構造函數”< };cout<<“shape 的析構函數”< rectangle(float a,float b){ x=a;y=b;cout<<“rectangle的構造函數”< { } };class circle:public shape { private: float r;public: circle(float a){ } r=a;cout<<“circle的構造函數”< { };} return 3.1416*r*r;class square:public rectangle { private: float a;public: };square(float x):rectangle(x,x){ a=x;cout<<“square的構造函數”< 長方形類和圓類繼承shape類之后，只要重載area()函數即可正確地計算出面積，正方形類繼承了長方形類，不需要重載長方形類的area()函數，只要給長方形類的x，y賦相同的值，然后就可以直接調用從長方形類中繼承的area()函數，直接計算面積。 8.要求： 形狀 （二）——虛函數 （1）將【形狀 （一）】中的基類計算面積的方法定義為虛函數，比較與【形狀 （一）】程序的差異；（2）將【形狀 （一）】中的基類定義抽象類，比較與【形狀 （一）】程序的差異。 算法： 算法與上題大致相同，只需要在area（）函數前加上virtual即可。 思路： 算法與上題大致相同，只需要在area（）函數前加上virtual即可，即將area（）函數聲明為虛函數。 將shape（）類聲明抽象類，只要把shape（）中的area（）函數聲明成如下形式： Virtual float area（）=0；純虛函數即可。這樣shape類就是一個抽象類，抽象類可以作 為基類被繼承，但是不實例化，例如，shape a；這樣聲明一個a就是錯誤的。 9.要求： 對Point類重載＋＋和――運算符 編寫C++程序完成以下功能： （1）Point類的屬性包括點的坐標（x，y）；（2）實現 Point類重載＋＋和――運算符： ? ? ++p，--p，p++，p--。 ＋＋和――分別表示x，y增加或減少1。 算法： class point { private: int x,y;public: point operator++(int) { } point a=*this;x++;y++;return a;point operator++(){ x++;y++;return *this;} point operator--(int){ point a=*this;x--;y--;return a;} point operator--(){ x--;y--; };return *this;} void ini(){ cin>>x;} cin>>y;point(){ } cout<<“請輸入x:”< 本題的關鍵在于表示出a++和++a的不同，a++是先引用a的值然后再執(zhí)行++，++a是先執(zhí)行++然后再引用a的值。在對++的重載時可以在（）中加入int加以區(qū)分a++和++a，如下point operator++(int)，point operator++()。要做出a++的效果就需要申請point temp，這個中間變量，temp=this，把當前對象賦給a，然后再對當前對象執(zhí)行++操作，最后返回temp，因為temp儲存的是未執(zhí)行++之前的值，所以能夠做出先引用a的值在執(zhí)行++的效果?！倪^程與++完全相同。要求： 流式IO （一）編寫C++程序完成以下功能： （1）使用ofstream 向一個文本文件中輸出各種類型的數據，并打開文件觀察結果： ? 整數、無符號整型、長整型、浮點型、字符串、?? （2）用十進制、八進制、十六進制方式向文本文件中輸出整數；（3）使用控制符和成員函數來控制輸出的格式： ? set（）precision()...算法： void main(){ } ofstream outfile(“xx.txt”);int integer;unsigned int uint;long int lint;float f;string s;cout<<“輸入整數:n”;cin>>integer;cout<<“輸入無符號整型：n”;cin>>uint;cout<<“輸入長整型：n”;cin>>lint;cout<<“輸入浮點型：n”;cin>>f;cout<<“輸入字符串：n”;cin>>s;outfile<<“十進制：”< .進行對文件的操作需要聲明頭文件#include 11.要求： 流式IO （三）編寫C++程序完成以下功能：（1）輸入一個文本文件名； （2）打開文件名，在該文件的每一行前面加上一個行號，保存在另外一個文本文件中。 算法： void main(){ } string a;cout<<“請輸入文件名：n”;cin>>a;ifstream in(a);ofstream out(“out.txt”);string s;int i=1;while(getline(in,s)){ out< 本實驗比較簡單。只需要聲明一個字符串a用來儲存讀入的文件名，再用ifstream類來聲明一個對象，打開a這個文件。利用getline（）函數，geiline函數能夠自動從文件中讀入一行數據，每讀入一行數據就在其前面加上行號，行號可以用變量i來計數，每讀一行就加1，并將這個就上行號的一行數據寫入out.txt中，知道無法讀入，就結束程序。 12.要求： 電話本 編寫C++程序完成以下功能： （1）實現簡單電話本功能，用姓名來搜索電話號碼；（2）用戶輸入姓名，程序查找并輸出結果；（3）用戶可以通過輸入，添加姓名和電話號碼；（4）用戶可以刪除姓名和電話號碼；（5）電話本可以保存在指定文件中； （6）電話可被從指定文件中讀入到內存。 算法： #include class record { private: string name[50],number[50];public: record(){ int i=0; string na,nu; ifstream file(“phonenumber.txt”); file>>na>>nu; while(na.compare(“..”)) { name[i]=na; number[i]=nu; file>>na>>nu; i++; } for(i;i<=49;i++) { name[i]=“..”; number[i]=“..”; } } void search(){ int i=0; string na; cout<<“請輸入名字:”< cin>>na; while(name[i].compare(“..”)) { if(!name[i].compare(na)) { cout<<“結果是：”< return;} i++;} cout<<“無該記錄”;} void add(){ string na,nu;cout<<“請輸入名字：”< if(!name[i].compare(“..”)){ //cout< return;} } cout<<“已滿，無法插入”< } ofstream file(“phonenumber.txt”);for(int i=0;i<=49;i++){ } if(!name[i].compare(“..”))break;if(name[i].compare(“，”)) file< };void del(){ } int i=0;string na;cout<<“請輸入要刪除的名字：”< if(!name[i].compare(na)){ } i++;name[i]=“，”;number[i]=“，”;cout<<“刪除成功。”< for(int i=0;i<=49;i++){ cout< ”< } for(int i=0;i<=49;i++){ } if(name[i].compare(“..”)&&name[i].compare(“，”))cout< number:”< void main(){ int choice; int i=0;record temp;while(1) { cout<<“nnn功能列表：n 1.代表用姓名來搜索電話號碼n 2.代表添加姓名和號碼n 3.代表刪除一條記錄n 4.代表儲存電話本n 5.輸出所有記錄nn請選擇你要的功能：”< cin>>choice; } switch(choice){ } case 1: temp.search();break;case 2: temp.add();break;case 3: temp.del();break;case 4: temp.store();break;case 5: temp.show();break;} system(“pause”);思路： 程序的大體思路是：聲明電話本類，private成員是一個50個元素的string型數組，運行程序時就將文件中的電話記錄讀入到內存中（string數組），方便操作。從內存中讀入記錄的語句寫在電話本類的構造函數中，使得聲明類時就可以自動讀入記錄。文件中最后一行用”....”來標記記錄的結束。對于所有操作都寫進了電話本類中，本程序可以執(zhí)行五個基本操作：1.按名字查找記錄，查找成功返回該條記錄，查找失敗輸出“無該記錄” 2.添加記錄，添加記錄會要求輸入名字與電話，如果記錄數小于50條會顯示“成功插入”，如果記錄已經等于50條會顯示“插入失敗” 3.按名字刪除某條記錄，執(zhí)行刪除操作時會先查詢該記錄，如果存在該記錄就將該記錄賦為“，，”表示刪除，如果不存在該記錄返回”不存在該記錄” 4.存儲命令，可以將內存中的記錄再次存入到文件當中 5.輸出命令，輸出當前內存中的所有記錄。命令的選擇可以用switch語句實現。 感想： 經過一學期的學習，我已經對c++有了初步的掌握，了解了類這 個全新的概念。類的應用可以方便管理函數，不需要像c那樣凌亂得寫一大堆函數，要調用時需要向上找到這個這個函數，產看它的功能與傳入傳出的要求。我認為類更大作用是可以有效地保護數據，不被隨意地更改，也方便了他人的二次開發(fā)，只需要了解頭文件中包含的類，類的方法，就可以方便地實現他人早已實現的功能，方便后人開發(fā)。比如試驗中用到的 面向對象程序設計與實踐 c++實驗總結報告 ——網絡工程14班饒思哲 ——學號：2013211574 實驗一簡單C＋＋程序設計 1.猜價格游戲 編寫C++程序完成以下功能： （1）假定有一件商品，程序用隨機數指定該商品的價格（1-1000的整數）； （2）提示用戶猜價格，并輸入：若用戶猜的價格比商品價格高或低，對用戶作出相應的提示； （3）直到猜對為止，并給出提示。 題目1-1總結： 1)本題需要隨機生成整數，我開始只使用rand()，即price=rand();來生成隨機整數 但這樣只是一個偽隨機函數，每一次重新打開程序生成的數都是一致的。因此加入時間隨機種子：srand((unsigned)time(NULL))2)個人改進1：定義最大值最小值，在每次猜測數字時顯示應猜的數字范圍，作為提示。 想到這個是因為有一次猜了很多遍都沒猜到，一時突然忘記猜到什么范圍，然后往前翻猜過的數字和大小感覺相當麻煩，所以就添上了應猜范圍，方便再一次猜數。3)個人改進2：本來有一個判斷條件判斷生成的隨機數是不是1~1000范圍內，而后更進為隨機生成整數對1000取余得到0~999整數，再+1得到1~1000的整數。 實驗二類與對象 1.矩形 編寫C++程序完成以下功能： （1）定義一個Point類，其屬性包括點的坐標，提供計算兩點之間距離的方法；（2）定義一個矩形類，其屬性包括左上角和右下角兩個點，提供計算面積的方法；（3）創(chuàng)建一個矩形對象，提示用戶輸入矩形左上角和右下角的坐標；（4）觀察矩形對象以及Point類成員的構造函數與析構函數的調用；（5）計算其面積，并輸出。 題目2-1總結： 1)這一題是第一次用到class類的題目，開始并不明白為何要定義class，然后還需要區(qū)分public和private。而后來去圖書館借了書看到c＋＋最大特色就是可以封裝，定義私有屬性和公有函數，以確保有些函數和參數不會被輕易訪問到，降低錯誤率。2)class類在最起初定義時總是在class Rectangle那一行報錯，經查書發(fā)現class定義最后一個大括號后有分號，開始并沒有加上。 3)起初在調用class中函數時用c調用的方式，沒有跟面向的對象結合，導致編譯出錯，而后從distance()改為p.distance()就正確了。 4)計算兩點距離和面積運用開方和絕對值函數，前面若沒有加頭文件math.h則會報錯。5)輸入左上角右下角坐標時，若輸入不當，可能會出現面積為負值的情況，所以加上絕對值函數保證面積非負。 6)起初不知道構造函數和析構函數的定義和用法，經翻閱書籍和運行程序得知構造函數在創(chuàng)建對象時調用，可以有多個。而析構函數則在釋放對象時調用，一般每一個class中都只有一個默認析構函數。且構造函數與類名稱一致，析構函數則在類名稱前加~。 2.友元 編寫C++程序完成以下功能： （1）定義一個Boat和Car兩個類，他們都具有私用屬性——重量； （2）編寫一個函數，計算兩者的重量和。double TotalWeight(Boat& b, Car& c); 題目2-3總結： 1)友元函數：在兩個對象中都使用到時，可以使用友元函數，并在類外單獨定義。 友元函數是允許在類外訪問類中的任何成員的。開始在類外單獨定義時跟類的成員函數單獨定義混淆，寫成了double Boat::TotalWeight(),導致編譯錯誤，而后發(fā)現友元函數直接用函數名和函數返回值類型定義即可，不需要加上class類的名稱。 2)起初定義完class Boat和class Car后發(fā)現編譯錯誤，在友元函數的聲明那一行出錯，而后發(fā)現在這行之前沒有定義Car類，于是將其在最開頭聲明出來，通過。 3)起初并沒有加上boat和car類的構造函數和析構函數，可是經上網查閱，默認構造函數和析構函數可以系統(tǒng)自動生成，但析構函數只能刪除成員指針，并不能釋放指針指向的空間，所以若沒有申請動態(tài)內存，析構函數可不寫出，若申請，則需自行在析構函數中delete。 實驗三數組與指針 1.矩陣 （一）編寫C++程序完成以下功能： （1）假定矩陣大小為4×5（整型數組表示）； （2）定義矩陣初始化函數，可以從cin中輸入矩陣元素；（3）定義矩陣輸出函數，將矩陣格式化輸出到cout； （4）定義矩陣相加的函數，實現兩個矩陣相加的功能,結果保存在另一個矩陣中；（5）定義矩陣相減的函數，實現兩個矩陣相減的功能,結果保存在另一個矩陣中；（6）定義三個矩陣：A1、A2、A3；（7）初始化A1、A2； （8）計算并輸出：A3 = A1加A2，A3 = A1減A2。 題目3-1總結： 1)起初在矩陣相加相減的賦值中所用語句為：m.matrix[i][j]=a.matrix[i][j]+b.matrix[i][j] 但是運行程序發(fā)現m矩陣所有元素都是0。經單步調試，發(fā)現并沒有賦值成功。經查閱書籍，了解到this指針是指向類的對象的地址，便改用this->matrix[i][j]作為賦值對象，最后程序正確。 2)個人改進：將行數列數在文件開頭用define定義，可以隨時更改。 3)經多次調試后，程序運行結果正確，但矩陣看起來非?；靵y，因為并沒有行列對齊，于是在打印矩陣中每列直接用table空格隔開，保證美觀。2.矩陣 （二）編寫C++程序完成以下功能： （1）假定矩陣大小為4×5（整型）； （2）矩陣空間采用new動態(tài)申請，保存在指針中； （3）定義矩陣初始化函數，可以從cin中輸入矩陣元素；（4）定義矩陣輸出函數，將矩陣格式化輸出到cout； （5）定義矩陣相加的函數，實現兩個矩陣相加的功能,結果保存在另一個矩陣中；（6）定義矩陣相減的函數，實現兩個矩陣相減的功能,結果保存在另一個矩陣中；（7）動態(tài)申請三個矩陣：A1、A2、A3；（8）初始化A1、A2； （9）計算并輸出A3 = A1加A2，A3 = A1減A2；（10）釋放矩陣空間。 題目3-2總結： 1)與3-1題目的區(qū)別在int main中用new函數動態(tài)申請內存，然后析構函數需要釋放申請的空間而不只是自動刪除指向空間的指針。析構函數如圖。 一開始并不知道該怎么動態(tài)申請內存，在c中使用malloc可是c＋＋中并不一樣。經查閱書籍，發(fā)現c＋＋中申請釋放內存用new和delete非常簡便。2)指針調用類成員函數一開始不知道該怎么寫，寫成A1.input()結果編譯錯誤。經查閱書籍，得知指針調用成員函數需寫成A1->input()的形式。 3)在釋放動態(tài)內存時，用到delete函數。但開始的時候寫delete matrix時候會出問題。上網查詢后得到以下delete用法。 Delete用法：當釋放內部類型，如int double型時，直接delete a 即可。若是釋放自己定義的class類型，需用delete[]matrix來釋放內存。3.矩陣 （三）編寫C++程序完成以下功能： （1）用類來實現矩陣，定義一個矩陣的類，屬性包括： ? 矩陣大小，用 lines, rows（行、列來表示）； ? 存貯矩陣的數組指針，根據矩陣大小動態(tài)申請（new）。（2）矩陣類的方法包括： ? 構造函數，參數是矩陣大小，需要動態(tài)申請存貯矩陣的數組； ? 析構函數，需要釋放矩陣的數組指針； ? 拷貝構造函數，需要申請和復制數組； ? 輸入，可以從cin中輸入矩陣元素； ? 輸出，將矩陣格式化輸出到cout； ? 矩陣相加的函數，實現兩個矩陣相加的功能,結果保存在另一個矩陣類，但必須矩陣大小相同； ? 矩陣相減的函數，實現兩個矩陣相減的功能,結果保存在另一個矩陣類，但必須矩陣大小相同。 （3）定義三個矩陣：A1、A2、A3；（4）初始化A1、A2； （5）計算并輸出A3 = A1加A2，A3=A1減A2； （6）用new動態(tài)創(chuàng)建三個矩陣類的對象：pA1、pA1、pA3；（7）初始化pA1、pA2； （8）計算并輸出pA3=pA1加pA2，pA3=pA1減pA2；（9）釋放pA1、pA1、pA3。 題目3-3總結： 1)拿到這道題我認為要定義一個矩陣類對象，其中包括3-1和3-2一樣的input函數，print函數，plus函數，subtract函數，還有新增的構造函數析構函數。一上來我認為class中屬性不再是之前的某行某列的數值，而是行數和列數還有矩陣的頭指針。根據輸入的行數列數來申請內存，再將數值存入不同的位置。然后在主函數中分為兩個部分，一個是直接創(chuàng)建對象，另一個是創(chuàng)建矩陣數組指針。 2)第一部分跟前兩題類似，所以很快就調試完成并且得到了正確的結果，但是指針部分一直出現問題。最開始是三個矩陣分別申請內存，這樣的后果就是要輸入三次行數和列數的數值，有可能出現行列數不相等的情況，給之后的加減操作帶來麻煩。因此想到讓A1矩陣申請內存，而讓A2、A3矩陣都與A1相等，就可以避免多次輸入行列數，且保證了矩陣大小相等。但這樣輸入第一個矩陣數值后，矩陣元素獲取正常?？僧斴斎氲诙€矩陣的數值以后，A1和A2矩陣的元素都變?yōu)榈诙€矩陣的元素，即第一個矩陣的元素被覆蓋掉。導致和矩陣為第二個矩陣的2倍，差矩陣都是零。經過反復調試，曾經試過將含參構造函數中輸入行列數改到主函數中，再給A1申請動態(tài)內存。但是因為A2和A3還是初始化跟A1相等，結果并沒有改變，還是錯誤的。而后想到用含參構造函數來申請動態(tài)內存，輸入固定的行列數后，用確定的行列數來new Matrix(x,y)，這樣一來不僅矩陣大小相等，而且也不會存在前一個矩陣的值被后一個覆蓋掉的問題。經過調試，終于得到了正確的結果。 3)調試過程中我了解到指針初始化和賦值過程中是容易發(fā)生樹脂覆蓋的，所以盡量不要將指針初始化成跟某個指針相等。 實驗四繼承與派生 1、形狀 （一）編寫C++程序完成以下功能： （1）聲明一個基類Shape（形狀），其中包含一個方法來計算面積；（2）從Shape派生兩個類矩形和圓形；（3）從矩形派生正方形； （4）分別實現派生類構造函數、析構函數和其他方法； （5）創(chuàng)建派生類的對象，觀察構造函數、析構函數調用次序；（6）不同對象計算面積。 題目4-1總結： 1)這一題主要是函數的派生方法使用，經過查閱書籍，得知在class定義后加上:: public(基類名稱)便是作為一個派生類的定義，可以沿用基類中的成員函數。 2)并且經過對構造函數和析構函數調用，得知是先調用基類的構造函數，再調用派生類的構造函數創(chuàng)建派生類對象，在程序結束時，先調用派生類的析構函數釋放派生類對象，再調用基類的析構函數釋放基類對象。 2、形狀 （二）——虛函數（1）將【形狀 （一）】中的基類計算面積的方法定義為虛函數，比較與【形狀 （一）】程序的差異； （2）將【形狀 （一）】中的基類定義抽象類，比較與【形狀 （一）】程序的差異。 題目4-2總結： 1)起初并不知道虛函數的作用，后來經過查閱書籍得知在基類中定義虛函數，是為了在派生類中定義這一函數的不同操作方式。并且起初只改變了基類中area函數，在其前面加了virtual，但并沒有體現出虛函數的運用。而后看到書上虛函數的應用，發(fā)現虛函數是可以讓一個基類指針調用派生類相應函數的。于是經過改進，在主函數中定義了3個基類指針，分別指向派生矩形類對象、派生圓形類對象、派生正方形對象，然后并非通過對象名稱調用成員函數，而是用基類指針調用派生類中的area函數，充分體現出對虛函數的應用。 2)這一題雖然跟上一題相似，但卻因為運用了虛函數而變得不同。這一題讓我對虛函數有了更加深入的了解。也了解到調用類中的成員函數不一定非要用對象名或者對象指針調用，也可以用其基類的指針通過虛函數調用。 實驗五多態(tài)性 1、對Point類重載＋＋和――運算符 編寫C++程序完成以下功能： （1）Point類的屬性包括點的坐標（x，y）；（2）實現 Point類重載＋＋和――運算符： ? ++p，--p，p++，p--。 ? ＋＋和――分別表示x，y增加或減少1。 題目5-1總結： 1)對于符號的重載開始并不理解什么意思，后來得知是重新定義一下++、--操作的過程，包括自加自減和賦值。 2)通過這一道題，對于自加符號的前后置的區(qū)別又有了更深的印象。起初在—p和++p的時候都只是將x和y加一，并沒有賦值，導致在主函數中寫q=++p和q=--p時q保持原值，造成結果錯誤。單步調試后發(fā)現這一錯誤，及時改正過來。3)程序結果正確后編寫菜單界面，使其操作步驟更加清晰明了。實驗六流式IO 1、流式IO （一）編寫C++程序完成以下功能： （1）使用ofstream向一個文本文件中輸出各種類型的數據，并打開文件觀察結果： ? 整數、無符號整型、長整型、浮點型、字符串、…… （2）用十進制、八進制、十六進制方式向文本文件中輸出整數；（3）使用控制符和成員函數來控制輸出的格式： ? set（）precision()...題目6-1總結： 1)文件流主要是向文件中輸入信息和從文件讀取信息。而跟c語言不同的是c需要fopen來打開一個文件，而c++中只需要用fstream函數。且文件輸入方式也比c語言簡便很多。2)轉換進制開始想到的是用數學的方法算出不同進制下的數值，再輸入文件中，但非常的麻煩。后經查閱書籍，看到有指定進制的函數，可以用來修改默認的十進制：oct和hex。3)最后程序正確后，編輯menu顯示菜單，使操作更加清晰明了。 2、流式 （三）編寫C++程序完成以下功能：（1）輸入一個文本文件名； （2）打開文件名，在該文件的每一行前面加上一個行號，保存在另外一個文本文件中。 題目6-3總結： 1)因為第一題流式已經嘗試過向文件中輸入信息，而經過翻閱書籍得知從文件中可以用getline整行讀取字符串，便可以輕易的將文件內容加上行數，并輸出到另一個文本文件中。 2)本題我覺得最大的困難在于輸入文本文件名，并打開文件名。書上也并沒有關于打開文件名的相關資料，于是上網查詢，發(fā)現可以用string.h中的c_str()函數來獲取鍵盤輸入的文件名字符串，并打開文件名。 3)因為文件處理并沒有在屏幕上有所顯示，為了讓每一步操作更加明了，在復制完一行后會在屏幕上打出某某行復制成功，使程序運行過程更清晰。實驗七 C＋＋程序設計應用 1、電話本 編寫C++程序完成以下功能： （1）實現簡單電話本功能，用姓名來搜索電話號碼；（2）用戶輸入姓名，程序查找并輸出結果；（3）用戶可以通過輸入，添加姓名和電話號碼；（4）用戶可以刪除姓名和電話號碼；（5）電話本可以保存在指定文件中；（6）電話可被從指定文件中讀入到內存。 題目7-1總結： 1)電話本分為幾大部分：讀到內存、輸出到文件、新增聯系人、刪除聯系人、查找聯系人。因為是讀到內存，就想到了可以用數組或者鏈表來構成電話本的框架。而這兩種方式在c語言用過，所以邏輯方便很熟悉，于是選擇了比較簡便的數組，這樣不易出現指針錯誤的情況。 2)個人改進1: 新增聯系人函數中，就是將聯系人信息從鍵盤逐項讀入，然后選擇將聯系人插入到什么位置。若一共6個聯系人，插入位置輸入3，則插入第三個位置，后面的聯系人依次向后移一位。但若是一共6個聯系人，插入位置輸入8，則會提醒輸入位置不當，直接將聯系人插入到最后一個位置，即第七。 3)刪除、查找、修改函數中都用到了用姓名查找，于是將其單獨摘出來定義findposition，找到聯系人位置。起初寫的是將輸入的字符串逐個跟name比較，即a == name，但卻發(fā)現這樣程序查找出來聯系人永遠不存在。經上網查閱，發(fā)現字符串相等不能直接像字符一樣用==來判斷，而是用><來判斷，于是將其改為>=&&<=。但一開始由于疏忽，將&&且關系寫成||或關系，導致查找出來永遠是第一個聯系人。后來單步調試發(fā)現錯誤，改正過來。 4)個人改進2: 刪除、查找、修改中，若是聯系人不存在，需要輸出提示。而我另外又加了一句，并不是說不存在就直接返回，而是讓用戶自己選擇是繼續(xù)輸入姓名還是返回主菜單。也讓手誤的時候不再把前面的操作進行一遍，留有手誤的余地。5)修改聯系人模塊，一開始class類中只有setPhone函數，并沒有setname,setmobile等等，而是直接將所有屬性值組合起來構建聯系人。這樣的后果就是在修改聯系人的時候，只修改了一項，但是并不能賦值進去。表面上雖然修改了，可查找后發(fā)現聯系人的信息并沒有改變。后來將每一項信息都分別set，經過調試最終結果正確。 6)從指定文件將電話本讀入內存，就跟實驗6第三題的流式很相似，都是逐行讀取信息，只是讀取后是存入數組的不同屬性值中。開始不知道該怎么確定文本文件中不再有聯系人信息，而后上網查資料發(fā)現當文件中不再有信息可以讀的時候，infile>>name>>mobile…的值就是0，便可停止操作。而姓名等信息也可以逐個賦值到phone類數組里。 7)個人改進3: 電話本不需要手動保存在指定文件中，主菜單也不再顯示這一操作，而是當選擇退出電話本時自動保存到輸出的output.txt中。 8)最后程序執(zhí)行結果正確，編寫menu菜單界面，美化界面并且讓操作編號更加清晰。 北京郵電大學信息與通信工程學院 小學期AVR單片機實驗報告 實驗題目： 基于ATmega16L單片機的電子琴設計 學生姓名：學渣 班 級：2012XXXXXX 班內序號：XX 學 號：2012XXXXXX 日 期：2014年9月30日 同組同學：學渣 第1頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 目錄： 一、實驗介紹......................................3 1.1實驗課題名稱.................................3 1.2實驗平臺.....................................3 1.3實驗課題關鍵字 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..3 1.4實驗摘要.....................................3 二、小組分工......................................3 三、基本題目訓練——流水燈與數碼管秒表計時器.......3 3.1實現功能......................................3 3.2程序代碼分析..................................4 3.3實驗結果圖片...................................7 四、有關發(fā)聲的基礎知識............................7 五、電子琴的設計與測試..............................9 5.1設計過程......................................9 5.2實驗所需元器件.................................9 5.3實驗程序主要流程圖.............................10 5.4實驗原理及原理圖...............................10 5.4.1實驗原理....................................10 5.4.2原理圖.....................................11 5.5各個模塊的設計與講解............................11 5.6程序源代碼及程序分析..........................14 5.7實驗結果.......................................24 六、排錯過程.........................................26 七、心得體會..........................................29 八、參考文獻..........................................32 九、意見與建議........................................33 第2頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 一、實驗介紹： 1.1實驗課題名稱：基于ATmega16L單片機的電子琴設計 1.2實驗平臺：本實驗所用平臺為AVR Studio 4 1.3實驗課題關鍵字： ATmega16L型單片機 電子琴 鍵盤按鍵 LCD液晶顯示屏 1.4實驗摘要： 本實驗設計的電子琴擁有可視化操作界面，能實現即時彈奏音樂、音樂播放、音樂變速、音樂變調，并可以進行任意長度錄音（通過按鍵記錄音階）等功能 二、小組分工： ? XXX負責電路硬件的連接和報告的撰寫 ? XXX負責程序代碼的編寫 ? XXX負責資料的收集整理和查閱 三、基本題目訓練——流水燈與數碼管秒表計時器 3.1功能：八盞LED二極管按順序依次循環(huán)點亮，實現流水燈的效果，同時兩只數碼管分別代表秒和十分之一秒，進行秒表計時，配有 第3頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 兩個按鍵，實現計時過程中的暫停和繼續(xù)，同時在按下暫停鍵的時候蜂鳴器會響一聲。利用ATmega16的寄存器中斷功能，實現流水燈和數碼管秒表計時器在實驗板上同時工作，并且互相獨立不影響。 3.2程序代碼分析： #include char b[10] = { 0b11111010,//0 0b00110000,//1 0b11011001,//2 0b01111001,//3 0b00110011,//4 0b01101011,//5 0b11101011,//6 0b00111000,//7 0b11111011,//8 0b01111011,//9 };char a[10] = { 0b11111010,//0 0b00110000,//1 0b11011001,//2 0b01111001,//3 0b00110011,//4 0b01101011,//5 0b11101011,//6 0b00111000,//7 0b11111011,//8 0b01111011,//9 }; volatile char temp; int main(void){ DDRA = 0xff;PORTA = 0b10000000;DDRC = 0xff; 第4頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 DDRD = 0b11111011;DDRB = 0b11111011; TCNT0 = 55;PORTB = b[0];PORTD = a[0];PORTC |=(1 << 0);TCCR0 |=(1 << CS01);int count1 = 0,count2 = 0,i; MCUCR |=(1 << ISC00)|(1 << ISC01);//INT0上升沿觸發(fā) GICR |=(1 << INT0);//使能INT0，INT1 sei();//使能全局中斷 while(1){ for(i = 0;i<9000;i++) { while(!(TIFR &(1< TCNT0=55; } count1++; if(count1!=10) PORTD = a[count1]; else { count2++; count1 = 0; if(count2 == 10) count2 = 0; temp = PORTA; PORTA = PORTA >> 1; if(temp & 0b00000001) { PORTA = PORTA | 0b10000000; } PORTB = b[count2]; PORTD = a[0]; } } } SIGNAL(SIG_INTERRUPT0)//INT0中斷服務程序 { int count3 = 0,count4=0; 第5頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 while(!(PINB &(1<<2))) { count3++; if(count3 == 10) { count4++; count3 = 0; temp = PORTA; PORTA = PORTA >> 1; if(temp & 0b00000001) { PORTA = PORTA | 0b10000000; } } for(int i=0;i<9000;i++) { while(!(TIFR &(1< TCNT0=55; } } } 第6頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 3.3實驗結果： 四、有關發(fā)聲的基礎知識: 聲波是振動產生的。頻率即表示每秒鐘振動的次數，采用CTC方式時AVR單片機通過特定的端口（PD4及PD5）輸出一定頻率的方波，TCCR1A設為比較匹配時OC1A/OC1B電平取反，TCCR1B的計數上限為 第7頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 OC1A，根據公式OCnA=f/2N(1+OCRnA)計算出7個頻率音階所需的OCR1A，則只需將喇叭接在PD4或PD5，通過程序控制端口輸出特定頻率的方波波形（發(fā)聲使用正弦波最好，方波效果稍次但影響不大），喇叭就會發(fā)出七種不同的聲音，依照人聽覺分辨7個音階分為三組，分別為高中，低音階頻率，經計算可得，當OCR1A=(500000/musicmem[i]-1)時，{131,147,165,175,196,220,247}存放低音階頻率，{262,294,330,349,392,440,494}存放中音階頻率，{524,588,660,698,784,880,988}則存放高音階頻率，所以需要定義三個數組存放各音階的頻率值。除了音符頻率以外還需要音長，所以定義1個2位數組表示一段音樂，第一個表示頻率，第二個表示音長，播放時先訪問頻率數組，使喇叭發(fā)聲，之后訪問音長數組，確定喇叭發(fā)聲時間。而有了音符頻率數組，只要再得到任意一首歌的簡譜，就可以將其轉化為兩個數組的形式，由音符對應的頻率得出頻率數組，然后再根據每個音符的音長，將其通過樂曲的節(jié)拍和音符的拍數計算出音符持續(xù)時間即可得出音長數字。 第8頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 五、電子琴的設計過程: 5.1設計過程： 5.2 實驗所需元器件： ATmega16L型單片機，JTAG下載器，揚聲器，4*4矩陣鍵盤，液晶屏，LM386，實驗盒(內裝剪刀、鑷子、導線等用品)等 第9頁 1602LCD北京郵電大學信息與通信工程學院 5.3實驗程序主要流程圖： 5.4實驗原理及原理圖 ： 5.4.1實驗原理 ： 以ATmega16單片機作為整個系統(tǒng)的控制中心，外加琴鍵控制模塊、播放模塊、顯示模塊，使制作的電子琴完成設想的功能。琴鍵控制模塊為4*4矩陣鍵盤，可以通過按下不同的琴鍵彈奏出不同的音階，每個音階對應著不同的頻率，一段音樂是由許多不同的音階組成，這樣我們就可以根據不同的頻率組合得到我們想要的音樂，同時在錄制模式下，還可以通過按不同的按鍵記錄下不同的音階，由此記錄一段音樂。播放模塊接收對應頻率的方波，由此播放琴鍵彈奏的音階以 第10頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 及播放預先存放在單片機里的音樂。顯示模塊顯示出當前所處的模式。 5.4.2 原理圖： 5.5各模塊的設計與詳解： ? 中央處理器——ATmega16： 第11頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 實驗中，PB0~PB7全部設置為輸出，分配給LCD液晶顯示屏D0~D7管腳；PA0~PA7連接4*4矩陣鍵盤的八個引腳；PD4、PD6和PD7設置為輸出狀態(tài)，分別連接到LCD顯示屏的RS、R/W和E端口上；PD5置為輸出狀態(tài)，接到揚聲器的一個管腳，揚聲器的另一管腳接地；VCC為電源，向LCD顯示屏供電；GND為公共接地。 ? 琴鍵控制模塊——4*4矩陣鍵盤： 工作原理：按鍵設置在行、列線交點上，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端。行線通過上拉電阻接到+5V 電源上。無按鍵按下時，行線處于高電平的狀態(tài)，而當有按鍵按下時，行線電平由與此行線相連的列線的電平決定。 ? 顯示模塊——LCD液晶顯示屏： 第12頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 引腳詳解： 第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。 第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數據。 第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第7～14腳：D0～D7為8位雙向數據線。 第13頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。 ? 播放模塊——揚聲器： 原先以為單片機本身的電源電壓不足以驅動揚聲器工作，所以設計了有LM386的功放模塊，后來在實際操作的過程中測試發(fā)現，單片機本身的電源足以驅動揚聲器播放音樂音調，因此舍棄了LM386功放模塊的設置。 5.6程序源代碼及程序分析： #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int const uchar table[]=“HELLO WELCOME!”; volatile uint num=0,count=0;volatile uint Mode=0,list=2,pause=0,aim=0,sure=0,del=0;volatile int state=0, S=1; //定義全局變量,S為變速變量 const uint Mode_Data[16]={0,440,494,523,587,659,698,784,880,998,1046,1156,1318,1396,1568};//存放聲音的頻率 //音高對應定時器初始化數值（低la~高la+休止符），cpu頻率1MHz，用8分頻 const uchar tone[]={0x00,0x8E,0x7E,0x77,0x6A,0x5E,0x59,0x4F,0x47,0x3F,0x3B,0x35,0x2F,0x2C,0x27,0x23,0X19,0X15}; uint Ssong[10][2]={{0,0},{0,0},{0,0},{0,0},{0,0},{0,0},{0,0},{0,0},{0,0},{0,0}}; //******************************************** void delay_us(int n) //微妙級延時函數； { 第14頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 while(n--){ asm(“nop”);//自動延時一個時鐘周期什么也不做 } } void delay_ms(int n) //毫秒級延時函數； { int m=14500*n;while(m--){ asm(“nop”);} } //********************************************** /************************ 屏幕顯示函數 ************************/ void write_com(uchar com){ PORTD&=~(1<<4); //低電平指令模式。高電平數據； PORTD&=~(1<<6); //低電平寫； PORTB=com;PORTD|=(1<<7); //高電平使能 delay_ms(1);PORTD&=~(1<<7); } void write_dat(uchar dat){ PORTD|=(1<<4);PORTD&=~(1<<6);PORTB=dat;PORTD|=(1<<7);delay_ms(1);PORTD&=~(1<<7);} /*********************************** * 音樂產生函數 * * 功能：輸出頻率為x的方波* * 范圍：x:100-20000Hz，0：不發(fā)聲 * * ***********************************/ 第15頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 void sound(int i) { TIMSK|=(1<<2);sei(); if(i&&i<17) //按了音符鍵了,且在0到F鍵這16個發(fā)音鍵上，才發(fā)聲 { OCR1A=tone[i]; TCCR1A=0X50; //控制寄存器，選擇可翻轉功能，產生方波； TCCR1B=0X0a; PORTD=(1<<5);} else { TCCR1A = 0x00; //頻率為0，休止符，不發(fā)聲 TCCR1B=0X00; OCR1A=0; } } /************************************ 彈奏函數 ************************************/ void play(int n) //參數為鍵盤上的數字； { write_com(0X80+0X40+n);write_dat(16);sound(n); //彈奏音符； delay_ms(1);write_dat(20); TCCR1A=0x00; TCCR1B=0X00; //中斷，為下一個節(jié)拍做準備； PORTD|=(1<<5); //PD5作為輸出管腳，接揚聲器； } //___________________________________________ void INI_POTR(void){ DDRD|=0xff;DDRB=0xff; PORTD=(1<<5);PORTD&=~(1<<7);DDRA=0xff; //A口作為鍵盤輸入口； DDRB=0xff; } //_____________________________________ 第16頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 void INN_DEVICE(void){ MCUCR=0X00; // 中斷寄存器置零； } //____________________________________ //檢測鍵盤是否被按下的函數 uint isKeyPress(){ DDRA=0xff; //初始設置端口均為輸出 PORTA=0xf0; //設置端口的初值為11110000 DDRA=0xf0; //將低四位設為輸入 if(PINA == 0xf0) //當沒有按下時，PINA仍然為11110000 { DDRA=0xff; return 0; //返回0，代表未按下 } else //當按下后，PINA不再是11110000 { DDRA=0xff; return 1; //返回1，代表按下了 } } //鍵盤輸入檢測函數； //_______________________________ int key_in(void) { DDRA = 0xff; //先全部設置為輸出，再將后四位置為輸入 PORTA = 0xf0; //設置高低電平 DDRA = 0xf0;uint i = 0,j = 16,Key = 17; unsigned char temp1,temp2; if(isKeyPress()){ temp1 = PINA; temp1 &= 0x0f; //只關心低四位的情況 switch(temp1) { case 0b00000001: j = 0; break; case 0b00000010: j = 1; 第17頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 break; case 0b00000100: j = 2; break; case 0b00001000: j = 3; break; } temp2 = PINA; temp2 &= 0x0f; if(temp1!= temp2) return 17; DDRA = 0xff; PORTA= 0x0f; DDRA = 0x0f; temp1 = PINA; temp1 &= 0xf0; switch(temp1) { case 0b00010000: i = 0; break; case 0b00100000: i = 1; break; case 0b01000000: i = 2; break; case 0b10000000: i = 3; break; } temp2 = PINA; temp2 &= 0xf0; if(temp1!= temp2) return 17; Key = i*4 + j+1;// return Key; } } /***************************** //去抖動 //只關心高四位的情況第18頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 音樂播放函數； *****************************/ void m_sound(uint a){ int m=(62500/a)-1; //發(fā)聲原理 OCR1A=m; TCCR1A=0X50; //控制寄存器，選擇可翻轉功能，產生方波； TCCR1B=0X0a;} //**********************************播放函數； void music_play(uint a[][2]){ const char Mtable[]=“Music Mode”; write_com(0X01); //清屏； for(int i=0;i<5;i++) { write_dat(Mtable[i]); } int i=0; char tem=aim,T=1; while((a[i][1]!=0)&&(tem==aim)&&state) { //A 返回 B 暫停 F 模式 C 上一曲你 D 播放 E 下一曲； num=key_in(); switch(num) { case 16: state=0; // F STATE = 0彈奏 break; case 15: aim=1; //下一首E break; case 14: pause=1; //播放D break; case 13: aim=0; ///上一首C break; case 12: pause=0; ///暫停B break; case 11: 第19頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 T=2; break;case 10: T=1; break;case 9: T=0;break;case 5: //變速，1代表正常速度A //慢速0 //快速9 //5 降調 S=0.5; break; case 6: S=1; break; default: break; } while(a[i][0]&&pause) { num=key_in(); if(num==12) { pause=0; } else { if(S == 0.5) m_sound(a[i][0]*S); else m_sound(a[i][0]); if(T==2) delay_ms(a[i][1]-100); else if(T==0) delay_ms(a[i][1]+100); else delay_ms(a[i][1]); i++; TCCR1A=0x00; TCCR1B=0X00; } } pause=0; //6 正常調 //加減速 //下一個音符； 第20頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 TCCR1A=0x00; TCCR1B=0X00; //中斷，為下一個節(jié)拍做準備； } if(a[i][1]==0){ aim =(++aim)% list; } } /***************** 錄制音樂函數； *****************/ void record(void){ write_com(0X01); const uchar R_table[]=“Recording Mode”; for(int i=0;i<9;i++){ write_dat(R_table[i]);} pause=1;while(pause){ uint Skey = key_in(); if((Skey>0)&&(Skey<11)) { int i=0;//count=0; while(i<10) { Skey=key_in(); OCR1A=0; TCCR1A=0x00; TCCR1B=0X00; if((Skey>0)&&(Skey<11)) { play(Skey); Ssong[i][0]=tone[Skey]; Ssong[i][1]=600; i++; delay_ms(20); } if(Skey==14) 第21頁 //清屏；//開始錄制 //先清零計數器 //錄制完成，北京郵電大學信息與通信工程學院 按D鍵結束錄制 { i=10; } } pause=0; //借助 PAUSE 來標記一下什么時候退出while } } } //***************************歌曲數據 uint music_data[][2]= { {440,400},{440,400},{659,400},{659,400},{740,400},{740,400},{659,800}, {587,400},{587,400},{554,400},{554,400},{494,400},{494,400},{440,800}, {659,400},{659,400},{587,400},{587,400},{554,400},{554,400},{497,800}, {659,400},{659,400},{587,400},{587,400},{554,400},{554,400},{497,800}, {440,400},{440,400},{659,400},{659,400},{740,400},{740,400},{659,800}, {587,400},{587,400},{554,400},{554,400},{494,400},{494,400},{440,800}, {0,0} }; // abcdefg uint music_1[][2]= {{262,400},{294,400},{330,400},{262,400},{262,400}, //樂譜 {294,400},{330,400},{262,400},{330,400},{349,400}, {392,800},{330,400},{349,400},{392,800},{392,300}, {440,100},{392,300},{349,100},{262,400},{392,400}, {440,300},{392,100},{349,300},{330,100},{262,400}, {294,400},{196,400},{262,400},{294,800},{196,400}, {262,400},{294,800},{0,0}};//music_1 int main(void){ INI_POTR(); //初始化 write_com(0X38); //顯示光標等； write_com(0X01); //清屏； write_com(0X0f); //打開光標； write_com(0X06); write_com(0X80+0X02); for(int i=0;i<8;i++) 第22頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 { write_dat(table[i]); } write_com(0X80+0X11); delay_ms(5); while(1) { num = key_in(); if(num==16) //模式選擇 { if(state==1) state=0; else state=1; } 放模式 if(state==1) { (state==1) { switchaim() { case 0: music_play(music_data); break; case 1: music_play(Ssong); break; default: break; }while delay_ms(10); } } else if(num==11) //錄制模式； { record(); delay_ms(10); } else { write_com(0X01); 第23頁 //播 北京郵電大學信息與通信工程學院 } const uchar Ptable[]=“playing Mode”; for(int i=0;i<7;i++) { write_dat(Ptable[i]); } while((num!=16)&&(num!=11)) { play(num); num=key_in(); } } } //彈奏模式 5.7實驗結果： 實現了最初設想的功能，所設計的電子琴可以進行即興彈奏、錄制音樂、播放音樂以及音樂變速。測試圖片如下： 第24頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 第25頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 接通電源后，顯示屏以每次顯示一個字符的形式顯示出“HELLO WELCOM!”的歡迎文字，接著自動進入彈奏模式，并在LCD的第一行顯示出“Playing Mode”的文字，用戶每次按下按鍵都會在LCD的第二行的相應位置出現對應按鍵順序的光標閃爍。在彈奏模式下，按下F鍵會進入播放模式，LCD顯示出“Music Mode”字樣，此時按下D鍵是播放/繼續(xù)，按下B鍵是暫停，C鍵和E鍵分別代表上一首和下一首，9鍵則是將音樂速度調整為慢速，再次按下F鍵會回到彈奏模式。在彈奏模式下，按下A鍵會進入錄制模式，此時LCD顯示“Recording Mode”字樣，可以使用1~0十個按鍵進行錄音，想要聽聽錄制好的音樂，可以切換到播放模式下進行欣賞。 六、排錯過程： ? 基礎題目訓練階段： 1.硬件連接好之后，在進行編程的過程中發(fā)現端口不夠用，因為PB3和PD3這兩個能產生中斷的端口必須空出來作為暫停和開 第26頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 始按鍵的接口，于是我重新布線，將數碼管顯示小數點的右下角的引腳改接到PC0，同時在代碼中將此端口設置為高電平輸出，這樣就解決了該問題。 2.當我們簡單地把流水燈和計時器代碼合并在一起然后編譯運行時，卻發(fā)現流水燈在工作，計時器卻停止了工作。經過仔細排查，發(fā)現簡單地將代碼合并會導致單片機陷入流水燈的工作循環(huán)，而沒有進入計時器的工作進程。經過一番思考，我們將流水燈的代碼加以修改寫入計時器的工作循環(huán)中，解決了計時器不工作的問題。 3.但是新問題又出現了，我們發(fā)現按下計時器的暫停按鈕后，會導致流水燈也停止工作。經過小組的討論，我們決定在中斷程序函數里面加上流水燈工作的代碼并加以修改使其能夠在中斷函數里面運行。經過多次調試，終于實現了計時器的計時、暫停、繼續(xù)功能，并且流水燈能夠一直工作不受計時器的暫停影響。 4.在調整計時器計時精讀的過程中，我們發(fā)現本實驗中使用的ATmega16頻率不是16MHz，也不是1MHz，為了盡可能的實現秒表計時，試驗了很多的數字組合，最后達到了30秒誤差1秒的精確度，當然還可以達到更高的精確度。 ? 電子琴設計與實現階段： 1.在硬件連接的時候，沒想到LCD液晶顯示屏的每根管腳都需要 第27頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 連接，導致在進行程序下載驗證的時候，顯示屏總是不能顯示出應有的文字，后來參考了相關文檔資料發(fā)現是V0這個管腳也必須接地才可以，解決了問題。 2.在安插矩陣鍵盤的時候，費了很多功夫，首先，不知道哪根管腳是行線哪根管腳是列線，其次不知道所連接的端口的輸出輸入模式應該怎么設置，導致設計過程受阻，后來觀看了視頻并查閱相關資料解決了此問題。 3.在初步完成電子琴的彈奏功能程序時，我們開始對單片機進行測試，發(fā)現在按下數次按鈕后單片機就會卡死，我們仔細檢查了彈奏功能的代碼，經過多次排查，我們小組最終將鍵盤檢測函數key_in()和彈奏函數play()兩條語句的執(zhí)行順序交換，以達到比較好的邏輯順序效果，提高了程序的穩(wěn)定性，把多次按下按鈕會導致單片機卡死的問題給基本解決了。 4.播放音樂功能也是我們設想的一個重要功能。剛開始，按照我們的思路去實現該功能時，在測試時播放音樂是實現了，但是暫停和繼續(xù)功能都沒能夠實現。我們小組對代碼進行重新檢查，檢查出幾個比較嚴重的邏輯錯誤。我們重新調整播放音樂函數的判斷語句和循環(huán)結構，并加入一個pause變量來標志暫停狀態(tài)，在按下暫停按鈕時將pause標志為0，使程序退出播放循環(huán)。經過一番努力，我們順利完成了暫停播放和繼續(xù)播放的功能。 5.錄制音樂功能的實現是整個實驗過程里面最為困難的一環(huán)。我第28頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 們預先設想的實現方法是每按下一個按鍵，將對應音階的數字和節(jié)拍存入數組中，然后錄制完成后自動播放錄制的音樂。但是，我們實際測試時發(fā)現錄制的音樂并沒有能自動播放。經過小組討論，我們決定將錄制好的音樂在播放音樂模式里面播放，根據這個思路，我們將錄制的音樂對應的數組用播放音樂函數進行播放，成功地實現了錄制音樂并播放的功能。 七、心得體會： 為期9天的單片機小學期圓滿結束，不得不說，我從中學到了很多知識，從一個對單片機一竅不通的小白，蛻變成了一個熟悉單片機各個端口的作用和使用方法、懂得如何編程實現相應功能的技術人員。 在這九天中，我們通過觀看老師給的視頻資料和文檔，加上查閱的資料，獨立完成了所布置的任務。由于有C++的基礎，加上有硬件的端口以及相應設備的使用說明文檔的幫助，因此在我看來，在AVR Studio上進行C語言的編程從邏輯上比C++更容易理解，所需要的只是在編程時將端口的配置和邏輯函數結合到一起，實現編寫的函數對單片機端口以及內部中斷的控制。 第一天剛接到流水燈和數碼管秒表計時器的任務的時候，內心真的十分激動，心想：實現了這個不就實現了街邊廣告牌上滾動的文字了么！但是一看到ATmega16芯片時還是傻了眼，心想：這么多的管腳都該怎么用?。俊耙曨l里有”，同學告訴我，于是我就開始認真地 第29頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 研究起老師給的單片機教學視頻和它的技術文檔。由此發(fā)現，只需要將單片機的端口設置好，再套上一個循環(huán)結構，就可以實現流水燈的功能了。說做就做，于是最初的流水燈就實現了，可以一個一個依次循環(huán)點亮。那時真是好高興！在做數碼管的時候，由于不知道數碼管的顯示與管腳之間的關系，于是我先創(chuàng)建了一個數組，數組中的元素都是8位二進制數，其中只有一位是1，其余位都是0，如下： char a[8] = { 0b00000001，0b00000010，0b00000100，0b00001000，0b00010000，0b00100000，0b01000000，0b10000000 }; 然后我采用一個循環(huán)，將端口PORTX每次等于一個a[i]，單步運行，找出了數碼管的顯示與管腳之間的對應關系。這樣，之后的工作就輕松許多，只需要在該亮的位置將對應的PORTX端口置為1，就可以顯示出自己想要的數字了。流水燈和數碼管秒表計時器都分別完成了，最后只需將它們合在一起共同工作即可。不過這個過程也不是一帆風順的，因為中斷的概念我剛開始覺得很難理解，也不知道該將中斷的有關函數放在代碼的哪個位置，因此反復糾結反復研究視頻和技術文檔，持續(xù)了一段時間。后來我和同學決定將兩份流水燈的程序，一份放在主程序main中，和秒表計時器的程序放在一起，即實現兩者同時工作，且流水燈的閃爍間隔是一秒，另一份放在中斷服務程序中SIGNAL()中，即實現按下按鈕進入中斷服務程序后，秒表計時器暫停 第30頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 工作，而流水依舊在依次循環(huán)閃爍。由此實現了流水燈和秒表計時器的獨立工作，互不影響。 完成了基礎題目的訓練任務，我信心滿滿，迎來了我的下一個任務——電子琴。剛開始選題的時候覺得電子琴蠻有趣的，可以彈奏可以錄音可以播放，而且原理看起來也比較簡單。但是其實不是這樣的，拿到元器件的時候，我發(fā)現，LCD液晶顯示屏有16個管腳！矩陣鍵盤有8個管腳！但是有了前面對付ATmega16芯片的經驗，我沉住氣，查閱了有關LCD液晶顯示屏和矩陣鍵盤的技術文檔，以及一些經驗之作，初步定下了鍵盤接到A端口，LCD的8個數據口接到B端口，D端口用于LCD的讀寫控制使能端以及揚聲器的輸入端。至此，硬件的連接工作就完成了，根據硬件的連接，我們開始了程序的編寫。鍵盤檢測函數、播放函數、液晶顯示函數，彈奏功能，錄制功能??一步一步，一個完整的系統(tǒng)漸漸完善。由于有硬件，因此我們編寫的程序可以馬上下載到板子里驗證效果，并及時修改，大大方便了我們排錯和系統(tǒng)優(yōu)化。期間由于JTAG下載器和AVR Studio總是出現連接失敗的情況，浪費了我們許多寶貴的時間，個人總結原因是驅動可能用了一段時間會失效，解決辦法是重新啟動計算機，并將WINAVR這個環(huán)境卸載后再次裝上，并且是裝到與上一次不同的盤中，同時編譯AVR程序的時候先接上JTAG下載器，試驗了許多次，這個方法很管用，之后就沒有出現該問題了。最終，電子琴的功能基本完成，并且達標，能實現彈奏、播放、錄制、變速等最初設想的功能，但是可能還有一些小BUG沒有調出來，導致電子琴在運行的過程中有不穩(wěn)定的現象，第31頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 也不能排除是板子的問題。 最終，單片機小學期圓滿結束了！9天的時間，完全的自己動手實驗，不僅增加了自己對單片機的理解，提高了自己的編程能力，而且在這個過程中，我覺得團隊的合作至關重要，自己連接的電路或者自己編寫的程序，在自己看來都是對的，但是旁觀者清，隊友能很容易地幫你找出其中的錯誤；在和隊友的討論中，我能了解對方的想法和思路，多種想法和思路的碰撞能讓我收獲更多新的東西；組內的分工能讓每個人都盡到自己的責任，發(fā)揮自己所長。 總之，這次單片機小學期是一次難忘的過程，一次豐富知識、提升技能的歷程，也激起了我對單片機的興趣，我今后會多多研究單片機，爭取更上一層樓！ 八、參考文獻： 1.AVR C庫函數介紹.pdf 2.AVR C語言開發(fā)入門指導.pdf 3.AVR單片機原理及應用.pdf 4.AVR高速嵌入式單片機原理及應用（修訂版）.pdf 5.深入淺出AVR單片機.pdf 6.1602液晶說明.pdf 7.AVR系統(tǒng)板說明.doc 8.cn_mega16-16L.pdf 9.EN_TC1602.pdf 第32頁 北京郵電大學信息與通信工程學院 10.字符手冊.pdf 11.百度百科《樂理》 12.AVR單片機軟硬件設計視頻教程-入門篇-第二講-AVR硬件電路設計教程 13.AVR單片機軟硬件設計視頻教程-入門篇-第三講-AVR開發(fā)基礎知識 14.AVR單片機軟硬件設計視頻教程-入門篇-第四講-C語言的流水燈驗證 15.AVR單片機軟硬件設計視頻教程-入門篇-第五講-按鍵與數碼管的程序設計 16.AVR單片機軟硬件設計視頻教程-入門篇-第六講-中斷與定時器 九、意見與建議: 1.建議老師能稍微講解一下實驗室AVR軟件的用法（視頻中講的是沒有JTAG下載器的，與實驗室不同，剛開始還以為是板子有問題）； 2.實驗室的元器件老舊，個別元器件特別是單片機芯片有問題之后，調BUG好久都不知道錯在哪里，建議更新。 第33頁第四篇：北郵小學期c++實驗報告
第五篇：北郵小學期AVR單片機電子琴實驗報告
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