李 倩

正德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇南京 211106

基于PLD的打地鼠游戲的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李 倩

正德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇南京 211106

打地鼠游戲是一款實(shí)用性小游戲，娛樂性很強(qiáng)，且能夠鍛煉孩子們的反應(yīng)速度，現(xiàn)在市面上也出現(xiàn)了很多關(guān)于打地鼠的兒童玩具。本文實(shí)現(xiàn)了的打地鼠游戲的基本功能，講述了此游戲的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程，通過整個詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程讓學(xué)習(xí)者了解到基于PLD的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程。

PLD；打地鼠；游戲；數(shù)碼管

本設(shè)計(jì)靈感來源于文曲星上風(fēng)靡一時的打地鼠游戲，此游戲既能夠鍛煉玩游戲人的反應(yīng)速度，也具有一定的娛樂功能。游戲開始后4×4的點(diǎn)陣中每隔一定秒數(shù)(由設(shè)計(jì)難度決定)會隨機(jī)點(diǎn)亮一盞，以供選手進(jìn)行游戲。當(dāng)一盞燈點(diǎn)亮?xí)r，在下一盞燈亮之前按下對應(yīng)的鍵盤即可得分，否則失分。游戲開始時難度初始值可設(shè)定，隨后進(jìn)行一分鐘倒計(jì)時，一旦為0游戲結(jié)束。游戲會在規(guī)定時間內(nèi)判斷得分最高者勝出。

此游戲用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的案例較多，但是用PLD實(shí)現(xiàn)的卻很少，本設(shè)計(jì)選擇了以PLD進(jìn)行打地鼠游戲的設(shè)計(jì)，為學(xué)習(xí)者提供另種方法與思路。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)硬件部分由輸入按鍵模塊、4×4的點(diǎn)陣模塊、4×4鍵盤模塊和數(shù)碼管輸出模塊等部分組成，系統(tǒng)總體面板示意圖如圖1所示。

1.1 系統(tǒng)面板

該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法。核心芯片采用Altera公司的EP1C3T144C8，它們實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。如圖1所示，為系統(tǒng)面板示意圖，地鼠界面用4×4的點(diǎn)陣實(shí)現(xiàn)，在點(diǎn)陣中用隨機(jī)亮起的等表示探出的老鼠，按鍵用鍵盤來實(shí)現(xiàn)，由鍵盤4×4的鍵對應(yīng)相應(yīng)的點(diǎn)陣中的地鼠，控制器通過讀取用戶的按鍵及點(diǎn)陣輸出代碼并進(jìn)行判斷來相應(yīng)的加減分。當(dāng)玩家分?jǐn)?shù)為零或者游戲時間倒計(jì)時置0時，游戲停止。在游戲過程中當(dāng)玩家按了結(jié)束鍵之后推出進(jìn)入游戲難度選擇，這是用四個開關(guān)輸入的。

圖1 系統(tǒng)面板示意圖

1.2 輸入輸出說明

表1 輸入信號

表2 輸出信號

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖[1-4]

2.1 系統(tǒng)總框圖

如圖2所示為系統(tǒng)總框圖，根據(jù)此框圖我們進(jìn)行打地鼠各模塊的軟件設(shè)計(jì)。

圖2 系統(tǒng)框圖

2.2 各個模塊功能

各個模塊的功能描述如下所述：

2.2.1 分?jǐn)?shù)判斷模塊

判斷選手得分或失分主要是由一個比較器完成的，將系統(tǒng)傳給LED燈的信號與選手輸入的信號作比較，相同則加分，否則扣分，這兩個信號分別傳給計(jì)分模塊，從而完成系統(tǒng)判定得分的工作。

2.2.2 系統(tǒng)時鐘模塊

將內(nèi)部2 MHz的時鐘分頻為1 kHz及游戲時鐘，供以后程序適使用。

2.2.3 鍵盤電路

主要通過產(chǎn)生行掃描，來識別用戶的按鍵，電路中已經(jīng)對按鍵進(jìn)行了消抖。其提供給控制器按鍵的編碼。

2.2.4 等級判斷模塊

判斷等級，若游戲未開始時，將等級設(shè)為初始值，游戲開始后則判斷是否按對五次或按錯五次，并響應(yīng)的加、減等級。

2.2.5 隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模塊

為使得測試結(jié)果的公平性，需要4×4等燈亮滅具有隨機(jī)性，因而需要隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生過程，在本方案中，采用偽隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生方法，即在ROM中存入隨機(jī)表中的數(shù)據(jù)，游戲開始后采用一個計(jì)數(shù)器不斷從其中讀取數(shù)據(jù)。

2.2.6 顯示模塊

用來將BCD碼轉(zhuǎn)化為可以在七段數(shù)碼管中顯示的。

2.2.7 計(jì)時模塊

系統(tǒng)的計(jì)時部分需要一個能置初值的計(jì)數(shù)器即可，其控制信號應(yīng)為start，stop。

2.3 系統(tǒng)狀態(tài)流程圖

如圖3所示為系統(tǒng)狀態(tài)流程圖，此流程顯示出了我們進(jìn)行打地鼠各模塊的核心設(shè)計(jì)思路。

圖3 系統(tǒng)流程圖

3 各主要模塊仿真結(jié)果波形

設(shè)計(jì)軟件采用QuartusII，軟件通過編譯，并進(jìn)行波形仿真。波形仿真在設(shè)計(jì)中起到至關(guān)重要的作用，通過仿真波形我們可以看出設(shè)計(jì)中存在的問題，并加以改正。而圖4、圖5、圖6則是摘取的其中幾個重要的仿真波形，它們同時也證明了此設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)。如圖4所示為隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模塊仿真波形，圖5所示為比較幾分模塊仿真波形，圖6所示為等級判斷模塊仿真波形。

圖4 隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模塊仿真波形

圖5 比較計(jì)分模塊仿真波形

圖6 等級判斷模塊仿真波形

4 結(jié)束語

此設(shè)計(jì)完成了預(yù)期中的所有目標(biāo)，將預(yù)設(shè)時間改為預(yù)設(shè)等級，這樣做的原因是自定等級比自定時間對玩家更有娛樂意義。另外，如果繼續(xù)擴(kuò)展其功能，除了可以體現(xiàn)在提高兩盞燈之間的亮滅速度，還可以縮短一個燈亮的時間。經(jīng)過本次設(shè)計(jì)鍛煉，既可以提升獨(dú)立的完成項(xiàng)目的能力，又能熟悉VHDL語言這一標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言，為以后的一些相關(guān)學(xué)習(xí)打下了一定的基礎(chǔ)。

[1] 李倩.基于FPGA的MP3音樂播放器設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2014(4):159-160.

[2] 李倩,梁亮.基于微波光子六倍頻的光載無線通信系統(tǒng)[J].光通信技術(shù),2014(2):27-29.

[3] 李倩,梁亮.基于FPGA的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技信息.2011(5):118,121.

[4] 李倩.F P G A小型實(shí)驗(yàn)板的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)[J].科教文匯.2010(7):87,91.

Design and Implementation of Whac-a-mole Game Basd on PLD

Li Qian
Zhengde Polytechnic College， Nanjing， 211106， China

Whack-a-mole game is a practical small game， entertainment is very strong， and can exercise the children's reaction speed， now on the market also appeared a lot of children's toys about whack-a-mole. This paper realized the basic function of the game of whack-a-mole，tells the story of the game design process， through the detailed design process for a beginner to understand the system design process based on PLD.

PLD； Whac-a-mole； game； digital tube

2014-07-10

李倩，碩士，實(shí)驗(yàn)師。