[發明專利]兩款基于FPGA的俄羅斯方塊游戲機

在審

• 申請號: 201910455045.0
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110124324A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 李亞峻;何靜
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: A63F13/92
• 分類號: A63F13/92;A63F13/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了兩款便攜式實驗教學設備——基于FPGA的俄羅斯方塊游戲機。硬件部分用Spartan3E FPGA作為主控芯片，一款用74HC138與74HC595驅動的16×8點陣模塊顯示游戲界面，用4位七段數碼管顯示得分；另一款顯示界面由MAX7219驅動的16×8點陣模塊與LCD1602液晶屏組成。軟件部分采用模塊化設計思想，包括時鐘分頻、6鍵游戲鍵盤按鍵檢測、俄羅斯方塊游戲控制、雙端RAM存儲器、16×8點陣顯示控制、得分計數、LCD1602液晶顯示控制(或4位七段數碼管顯示控制)等模塊。用VHDL語言編程實現了各功能模塊；用頂層文件將它們連接起來，完成了軟硬件設計、仿真、綜合、下載與測試。

技術領域

本發明為便攜式FPGA實驗教學設備——俄羅斯方塊游戲機，涉及VHDL硬件描述語言與FPGA(Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)應用設計。

背景技術

俄羅斯方塊(Tetris)是一款由俄羅斯人阿列克謝·帕基特諾夫于1984年發明的休閑游戲，共有七種基本方塊，分別以S、Z、O、L、T、J、I這七個字母形狀命名，游戲的基本規則是移動、旋轉和擺放隨機生成的各種基本形狀的方塊，使之排列成完整的一行或多行并且消除它，得分。

俄羅斯方塊是最經典的游戲之一，有超過50種語言的版本，擁有9項吉尼斯世界紀錄，包括通過手提電話下載次數最多的游戲、被移植次數最多的游戲、在最多平臺上運行的視頻游戲，等等。它運行在幾十種游戲平臺上，從掌機、街機、家用機、個人電腦，到手機和PDA。現在大部分俄羅斯方塊游戲的開發主要集中在基于PC機的WINDOWS平臺、手機平臺和單片機。

基于FPGA的俄羅斯方塊游戲只限于PS/2鍵盤輸入、VGA顯示的版本，沒有點陣顯示的版本。

俄羅斯方塊游戲只需要六個游戲操作鍵，用PS/2鍵盤作為輸入有些大材小用。VGA顯示器是體積比較大的外設，它限制了游戲場所只能固定在某個的地方。

發明內容

1.要解決的技術問題

針對現有基于FPGA的俄羅斯方塊游戲機設備中存在的資源浪費、體積大、實驗環境受限等缺點，本發明提供了一款便攜式游戲機，用6鍵游戲鍵盤作為操作鍵，用16×8點陣顯示模塊作為游戲顯示界面，用LCD1602液晶屏或4位七段數碼管作為得分顯示界面。

2.技術方案

本發明設計制作了俄羅斯方塊游戲機的硬件電路，如圖1所示，主要硬件組成部分包括：Spartan3E FPGA芯片、50MHz晶振、復位按鈕、6鍵游戲鍵盤、16×8點陣顯示模塊、LCD1602液晶屏(或4位七段數碼管)。其中16×8點陣顯示模塊采用兩種方案，①由兩片74HC138與一片74HC595驅動，②由MAX7219驅動的8×8點陣模塊級聯而成。

在軟件編程方面，采用自頂向下的設計方法、模塊化設計思想，編寫了VHDL程序。第一種設計方案如圖2所示，包括如下七個功能模塊：時鐘分頻、6鍵游戲鍵盤按鍵檢測、俄羅斯方塊游戲控制1、雙端RAM存儲器、16×8點陣顯示控制1(74HC138與74HC595驅動)、得分計數、4位七段數碼管顯示控制。第二種設計方案如圖3所示，包括如下八個功能模塊：時鐘分頻、6鍵游戲鍵盤按鍵檢測、俄羅斯方塊游戲控制2、兩個雙端RAM存儲器、16×8點陣顯示控制2(MAX7219驅動)、得分計數、LCD1602液晶顯示控制。

用VHDL語言編程實現了以上各功能模塊；用頂層文件將它們連接起來，完成了軟硬件設計、仿真、綜合、下載與測試，達到了預期效果。

3.有益效果

相較于現有俄羅斯方塊游戲的功能實現，本發明的優點在于：