一种基于FPGA“乒乓球比赛游戏机”的设计

2009-12-22 10:17:10来源: 上海海洋大学

  可编程逻辑器件FPGA以其开发周期短、成本低、功耗低、可靠性高等优势,广泛应用于通信、航空、医疗等领域,近年来在消费电子领域中的应用也日渐增加。为进一步挖掘FPGA在家庭娱乐如游戏机开发与应用中的巨大商机,介绍了一款以Altera公司FP-GA芯片为控制核心,附加少量外围电路组成的乒乓球比赛游戏机。整个系统设计模块划分清晰:包括裁判端、选手端、控制端、显示端及模拟乒乓球台;功能齐全:包括发球权控制、犯规提示、局数比分显示等,模拟实际乒乓球比赛相似程度高。采用了VHDL语言编程实现,在QuartusⅡ8.1集成环境下进行了模拟仿真,结果表明在设定的比赛规则下,游戏机运行正常,通过进一步优化可将其商品化,推入市场。

  1 系统组成

  乒乓球比赛游戏机的组成如图1所示。比赛规则约定:五局三胜;11分一局;裁判发出比赛开始信号,触发FPGA内部随机数发生器模块产生首次发球权方;比赛进行中,选手连续两次获得发球权后,发球权交予对方,如未获发球权方发球,裁判端犯规音响电路鸣响;13个LED排列成行模拟乒乓球台;点亮的LED模拟乒乓球,受FPGA控制从左到右或从右到左移动;比赛选手通过按钮输入模拟击球信号,实现LED移位方向的控制;若发亮的LED运动在球台中点至对方终点之间时,对方未能及时按下击球按钮使其向相反方向移动,即失去一分。

乒乓球比赛游戏机的组成

  2 功能模块设计

  图1中,基于FPGA设计的控制端为整个系统的核心,其内部主要由简易随机数发生器、发球权控制器、乒乓球位置控制器、甲乙方计分控制器、犯规音响控制器等模块组成。整个控制端采用模块化设计,先用VHDL语言编写功能模块,然后用顶层原理图将各功能模块连接起来。设计的难点在于协调各模块工作,严格遵守各信号间时序关系。本系统采用1 kHz系统时钟。

  2.1 简易随机数发生器

  比赛首次发球权由随机数发生器产生的数据决定,其随机性要求不严,因此,采用非常简单的模式产生,即一旦FPGA上电,系统时钟百分频产生一方波信号square,当裁判闭合开始比赛开关产生start信号上升沿时,读取此时square信号值作为随机数发生器输出randq。模块仿真如图2所示,结果满足设计要求。此模块设计时保证了square信号周期应远大于start信号上升沿建立时间,保证随机数据的正确读取。

模块仿真

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关键字:乒乓球比赛游戏机  FPGA  Altera

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/1222/article_867.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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