基于FPGA的五子棋游戏设计

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基于FPGA的五子棋游戏设计
本文基于FPGA设计五子棋游戏,使用按键输入,使用VGA接口输出。五子棋的棋具与围棋相同,棋子分为黑白两色,棋盘为10×10,棋子放置于棋盘线交叉点上。两人对局,各执一色,轮流下一子,先将横、竖或斜线的5个或5个以上同色棋子连成不间断的一排者为胜。
VGA技术介绍:
VGA 接口就是显卡上输出模拟信号的接口,也叫 D-Sub 接口。VGA 接口是一种 D
型口,上面共有 15 针空,分成三排,每排五个。VGA 接口是目前中低端电脑配置上的主流口。
VGA显示中,FPGA需要产生5个信号:R、G、B三基色信号,行同步信号HS,场同步信号VS。以上接口的5个孔对应着我们FPGA中产生的5个重要的信号,其中R、G、B是数据信号;HS、VS是控制信号。下面是VGA 显示模块与CRT 显示器的控制框图:
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像素是产生各种颜色的基本单元。根据物理学中的混色原理,三色发光的亮度比例适当,可呈现白色。适当的调整发光比例可以出现不同的颜色。三基色混色原理示意图如下图所示:
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对于显示器来说,RGB三个信号其实是模拟信号,其电平的高低,可以表示颜色的深浅。利用这个原理,我们就可以产生丰富的色彩。为了控制电压的高低,我们就必须用到DA芯片。例如下图中,FPGA产生RGB三种信号,这时RGB都是多位的数字信号。DA芯片根据数字信号的值,产生不同电压的模拟信号rgb。

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DE1-SoC板上有一个15针D-SUB连接器,用于VGA输出。VGA同步信号直接从Cyclone V SoC FPGA和Analog器件ADV7123三路10位高速视频DAC(仅使用较高的8位)转换从数字到模拟的信号代表三种基本颜色(红色,绿色和蓝色)。 它可以支持高达SXGA标准(1280 * 1024),信号以100MHz传输。 下图显示FPGA和VGA之间连接的信号。

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显示器采用光栅扫描方式,即轰击荧光屏的电子束在 CRT 屏幕上从左到右(受水平同步信号 HSYNC 控制)、从上到下(受垂直同步信号 VSYNC 控制)做有规律的移动。电子束采用光栅扫描方式,从屏幕左上角一点开始,向右逐点进行扫描,形成一条水平线;到达最右端后,又回到下一条水平线的左端,重复上面的过程;当电子束完成右下角一点的扫描后,形成一帧。此后,电子束又回到左上方起点,开始下一帧的扫描。这种方法也就是常说的逐行扫描显示。
完成一行扫描的时间称为水平扫描时间,其倒数称为行频率;完成一帧(整屏)扫描的时间称为垂直扫描时间,其倒数称为场频率,即刷新一屏的频率,常见的有60Hz,75Hz等等。标准的VGA显示的场频60Hz。
行时序和场时序都需要同步脉冲(Sync a)、显示后沿(Back porch b)、显示时序段(Display interval c)和显示前沿(Front porch d)四部分。VGA工业标准显示模式要求:行同步,场同步都为负极性,即同步脉冲要求是负脉冲。

VGA支持的规格
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我们以第一个分辨率640/480来分析,其刷新速率是60Hz,每幅图像有525行,每行有800个值。也就是说完成一幅图像约是1s/60=16.6ms,完成一行约为16.6ms/525=31.75us,完成一个像素传送约来31.75us /800=40ns。因此为了方便设计,接口的时候设为25MHz最方便,每个时钟送一个数据。

VGA时序设计

根据上节的介绍,VGA时序要求如下

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VGA时序代码设计

/**********VGA驱动**********/
always@(posedge vga_clk or negedge rst_n)begin
	if(!rst_n)begin
      	hcount <= 10'd0;
	 end
    else if(hcount == 10'd799)begin
        hcount <= 10'd0;
     end
    else begin
	    hcount <= hcount+1'b1;
     end
 end

 always@(posedge vga_clk or negedge rst_n)begin
	if(!rst_n) begin
       vcount <= 10'd0;
    end
    else if(hcount == 10'd799)begin
        if(vcount==524)
            vcount <= 0;
        else
            vcount <= vcount+1;
    end
 end
	
always@(posedge vga_clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        hsync <= 1;
    end
    else if(hcount==10'd95)begin
        hsync <= 1'b1;
    end
    else if(hcount==10'd799)begin
        hsync <= 1'b0;
    end
end

always@(posedge vga_clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        vsync <= 1'b1;
    end
    else if(vcount<10'd2)begin
        vsync <= 1'b0;
    end
    else begin
        vsync <= 1'b1;
    end
end    

VGA时序仿真结果

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五子棋设计
为了节约FPGA资源,本文设计并编写了10x10 五子棋的专用算法。棋子半径大小20个像素。光标当前的棋子所在位置使用青色表示,因为屏幕背景色是黑色,棋盘背景色是白色,所以黑白棋子使用紫色和黄色代替。
棋盘设计:
设10x10数组reg [9:0] PLAYED [9:0]; 数组中每一位代表棋盘的一个交叉点。数组的某位为0时,代表无子状态; 为l时,代表有棋子;
设10x10数组reg [9:0] CHESS_COLOR [9:0];表示棋子的颜色。
产生棋盘格的代码如下:

//产生竖长条
always@(posedge vga_clk )
begin
    if(hcount<=200||hcount>=640)begin
    v_flag <= 1'b1 ;    
	v_dat <= 12'h000;//hei
    end else if(hcount ==240||hcount ==280||hcount ==320||hcount ==360||hcount ==400||hcount ==440||hcount ==480||hcount ==520||hcount==560||hcount==600) begin
    v_flag <= 1'b1 ;    
      v_dat <= 12'h000;//hei
   end else begin
    v_flag <= 1'b0 ;    
     v_dat <= 12'hfff;//bai
     end
end

//产生横长条
always@(posedge vga_clk )
begin
    if(vcount<=50||vcount>=490) begin
    h_flag <= 1'b1 ;
	h_dat <= 12'h000;//hei
    end else if(vcount ==90||vcount ==130||vcount ==170||vcount==210 ||vcount==250||vcount ==290||vcount ==330||vcount==370 ||vcount==410||vcount==450) begin
    h_flag <= 1'b1 ;    
      h_dat <= 12'h000;
   end else begin
    h_flag <= 1'b0 ;      
     h_dat <= 12'hfff;
     end
end  

2)当前棋子光标提示设计:
当前棋子位置提示显示数据为x_data,显示青色。V_dat和H_dat是横竖线的,显示为黑色,y_dat为棋子颜色。

/

/显示模块 
always@(posedge vga_clk)
begin
if(dat_act)begin
  if(over==0 && over2==0  &&   debug_flag==0    ) begin
    if(curchess_flag)
     disp_rgb <=x_dat;    // 
    else if(v_flag)
     disp_rgb <=v_dat;    // 
    else if(h_flag)
     disp_rgb <=h_dat;    // 
    else if(chess_flag)
     disp_rgb <=y_dat;    //  
    else
     disp_rgb <=12'hfff;    //   
  end else
   disp_rgb <=z_dat;    			//游戏结束则显示另外画面
end
else begin
disp_rgb = 12'h000;  //VGA区域之外  
end   
end

3)按钮上、下、左、右、落子:

always@(posedge sysclk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        PLAYED[0]<=10'd0;  
        PLAYED[1]<=10'd0;  
        PLAYED[2]<=10'd0;  
        PLAYED[3]<=10'd0;  
        PLAYED[4]<=10'd0;  
        PLAYED[5]<=10'd0;  
        PLAYED[6]<=10'd0;  
        PLAYED[7]<=10'd0;  
        PLAYED[8]<=10'd0;  
        PLAYED[9]<=10'd0;      
    
        CHESS_COLOR[0]<=10'd0;  
        CHESS_COLOR[1]<=10'd0;  
        CHESS_COLOR[2]<=10'd0;  
        CHESS_COLOR[3]<=10'd0;  
        CHESS_COLOR[4]<=10'd0;  
        CHESS_COLOR[5]<=10'd0;  
        CHESS_COLOR[6]<=10'd0;  
        CHESS_COLOR[7]<=10'd0;  
        CHESS_COLOR[8]<=10'd0;  
        CHESS_COLOR[9]<=10'd0;  
    end
    else
begin
    case(key_en_tem)
         5'b00100:begin 
                                          if (ball_x_pos== 10'd240)
                                                 ball_x_pos<=10'd600;
                                             else 
                                                ball_x_pos<=ball_x_pos-10'd40;
                    end
         5'b01000:begin 
                                          if (ball_x_pos==10'd600)
                                                ball_x_pos<=10'd240;
                                             else 
                                                 ball_x_pos<= ball_x_pos+10'd40;
                                         end 
        5'b00001: begin 
                                           if (ball_y_pos== 10'd90)
                                               ball_y_pos<=10'd450;
                                           else 
                                                ball_y_pos<=ball_y_pos-10'd40;                                                
                                                 end
       5'b00010: begin
                                           if(ball_y_pos== 10'd450)
                                           ball_y_pos<=10'd90;
                                           else         
                                           ball_y_pos<=ball_y_pos+10'd40; 
                                           end      
       5'b10000: begin
                                         if(PLAYED[current_y][current_x]==0)
                                          begin
                                              PLAYED[current_y][current_x]<=1;                                     
CHESS_COLOR[current_y][current_x]<=change_color;
                                          end
                                           end     

(4)判胜:
横竖正斜反斜四个方向出现连续落子,且颜色一样,输出胜利提示。


```c
//输赢状态判断1
always@(posedge vga_clk )
    if(!rst_n)begin
    over<=0; 
    end
    else
begin
    if (  (scan_x<=5&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x]==1&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x+1]==1&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x+2]==1&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x+3]==1&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x+4]==1)//heng
    &&   (PLAYED[scan_y][scan_x]==1&&PLAYED[scan_y][scan_x+1]==1&&PLAYED[scan_y][scan_x+2]==1&&PLAYED[scan_y][scan_x+3]==1&&PLAYED[scan_y][scan_x+4]==1)       )     
    begin
    over<=1;
    end
    else if( (scan_y<=5&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x]==1&&CHESS_COLOR[scan_y+1][scan_x]==1&&CHESS_COLOR[scan_y+2][scan_x]==1&&CHESS_COLOR[scan_y+3][scan_x]==1&&CHESS_COLOR[scan_y+4][scan_x]==1)//shu
      &&     (PLAYED[scan_y][scan_x]==1&&PLAYED[scan_y+1][scan_x]==1&&PLAYED[scan_y+2][scan_x]==1&&PLAYED[scan_y+3][scan_x]==1&&PLAYED[scan_y+4][scan_x]==1) )
    begin
    over<=1;
    end
    else if(  (scan_x<=5&&scan_y<=5&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x]==1&&CHESS_COLOR[scan_y+1][scan_x+1]==1&&CHESS_COLOR[scan_y+2][scan_x+2]==1&&CHESS_COLOR[scan_y+3][scan_x+3]==1&&CHESS_COLOR[scan_y+4][scan_x+4]==1)//chenggong
     &&  (PLAYED[scan_y][scan_x]==1&&PLAYED[scan_y+1][scan_x+1]==1&&PLAYED[scan_y+2][scan_x+2]==1&&PLAYED[scan_y+3][scan_x+3]==1&&PLAYED[scan_y+4][scan_x+4]==1) )
    over<=1;
    else if ( (scan_y<=5&&scan_x>=4&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x]==1&&CHESS_COLOR[scan_y+1][scan_x-1]==1&&CHESS_COLOR[scan_y+2][scan_x-2]==1&&CHESS_COLOR[scan_y+3][scan_x-3]==1&&CHESS_COLOR[scan_y+4][scan_x-4]==1)
    && (PLAYED[scan_y][scan_x]==1&&PLAYED[scan_y+1][scan_x-1]==1&&PLAYED[scan_y+2][scan_x-2]==1&&PLAYED[scan_y+3][scan_x-3]==1&&PLAYED[scan_y+4][scan_x-4]==1) )
    over<=1;
end        

```c
//输赢状态判断2 yellow
always@(posedge vga_clk )
    if(!rst_n)begin
    over2<=0;    
    debug_flag<=0;   
    end
    else
begin
    if( (scan_x<=5&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x]==0&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x+1]==0&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x+2]==0&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x+3]==0&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x+4]==0)//heng
    &&   (PLAYED[scan_y][scan_x]==1&&PLAYED[scan_y][scan_x+1]==1&&PLAYED[scan_y][scan_x+2]==1&&PLAYED[scan_y][scan_x+3]==1&&PLAYED[scan_y][scan_x+4]==1)       ) 
    over2<=1;
    else if( (scan_y<=5&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x]==0&&CHESS_COLOR[scan_y+1][scan_x]==0&&CHESS_COLOR[scan_y+2][scan_x]==0&&CHESS_COLOR[scan_y+3][scan_x]==0&&CHESS_COLOR[scan_y+4][scan_x]==0)//shu
    &&     (PLAYED[scan_y][scan_x]==1&&PLAYED[scan_y+1][scan_x]==1&&PLAYED[scan_y+2][scan_x]==1&&PLAYED[scan_y+3][scan_x]==1&&PLAYED[scan_y+4][scan_x]==1) )
    begin
    over2<=1;
    debug_flag<=1;  
    end
    else if(  (scan_x<=5&&scan_y<=5&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x]==0&&CHESS_COLOR[scan_y+1][scan_x+1]==0&&CHESS_COLOR[scan_y+2][scan_x+2]==0&&CHESS_COLOR[scan_y+3][scan_x+3]==0&&CHESS_COLOR[scan_y+4][scan_x+4]==0)//chenggong
    &&  (PLAYED[scan_y][scan_x]==1&&PLAYED[scan_y+1][scan_x+1]==1&&PLAYED[scan_y+2][scan_x+2]==1&&PLAYED[scan_y+3][scan_x+3]==1&&PLAYED[scan_y+4][scan_x+4]==1) )
    over2<=1;
    else if ( (scan_y<=5&&scan_x>=4&&CHESS_COLOR[scan_y][scan_x]==0&&CHESS_COLOR[scan_y+1][scan_x-1]==0&&CHESS_COLOR[scan_y+2][scan_x-2]==0&&CHESS_COLOR[scan_y+3][scan_x-3]==0&&CHESS_COLOR[scan_y+4][scan_x-4]==0)
    && (PLAYED[scan_y][scan_x]==1&&PLAYED[scan_y+1][scan_x-1]==1&&PLAYED[scan_y+2][scan_x-2]==1&&PLAYED[scan_y+3][scan_x-3]==1&&PLAYED[scan_y+4][scan_x-4]==1) )
    over2<=1;  
end        

(5)win画面:在任一方胜利后VGA显示win三个字母画面输出胜利提示。根据棋子颜色win显示不同颜色以显示

//产生win画面1
always@(posedge vga_clk )
begin
    if(((hcount>=240&&hcount<=260)||(hcount>=300&&hcount<=320)||(hcount>=360&&hcount<=380)||(hcount>=420&&hcount<=440)||(hcount>=480&&hcount<=500)||(hcount>=560&&hcount<=580))&&(vcount >=200&&vcount <=360))begin
    z_flag <= 1'b1;
    if(over)
	z_dat <= 12'hf0f;
    else
	z_dat <= 12'hff0;    
    end else if(hcount>=260&&hcount<=380&&vcount>=340&&vcount <=360) begin
    z_flag <= 1'b1;
    if(over)
	z_dat <= 12'hf0f;
    else
	z_dat <= 12'hff0;    
     end else if(hcount>=500&&hcount<=560&&vcount>=200&&vcount <=220) begin
      z_flag <= 1'b1;
    if(over)
	z_dat <= 12'hf0f;
    else
	z_dat <= 12'hff0;    
    end else begin
        z_flag <= 1'b0;
        z_dat <= 12'hfff;
     end
end       

遇到的问题:
1 棋子颜色显示不稳定,下棋时棋子颜色随机产生不受控制。原因怀疑是时钟一开始是分频产生的25M,后面换成pll锁相环后问题果然解决。
一开始的时钟产生方法:文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-753664.html

always@(posedge sysclk)
begin
    vga_clk <= ~vga_clk;
end   
优化后的:
    pll pll(
	.inclk0(sysclk),
	.c0(vga_clk)
);

到了这里,关于基于FPGA的五子棋游戏设计的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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  • 五子棋游戏AI智能算法设计

    五子棋游戏C语言AI智能算法设计  近来发现编制五子棋游戏很有趣,尤其是AI智能算法很烧脑。网上介绍有什么贪心算法,剪枝算法,博弈树算法等等,不一而足。 对于人机对战的电脑智能应子算法,参阅很多五子棋书籍棋谱和五子棋竞赛的对抗棋谱。我感到白棋的后手防御

    2024年02月06日
    浏览(48)
  • JavaScript应用:五子棋游戏实战开发

    🏆作者简介,黑夜开发者,全栈领域新星创作者✌,CSDN博客专家,阿里云社区专家博主,2023年6月csdn上海赛道top4。 🏆数年电商行业从业经验,历任核心研发工程师,项目技术负责人。 🏆本文已收录于专栏:100个JavaScript的小应用。 🎉欢迎 👍点赞✍评论⭐收藏 五子棋是一

    2024年02月13日
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  • C++课程设计报告——简易五子棋游戏

    五子棋是是一种两人对弈的纯策略型棋类游戏,通常双方分别使用黑白两色的棋子在棋盘交替下棋,先形成五子连线者获胜。此次课程设计主要目的是实现五子棋的双人对弈,对战双方通过鼠标点击进行对弈。 游戏通过鼠标点击实现下棋,黑白子交替下棋。 程序通过使用e

    2024年02月13日
    浏览(38)
  • python项目分享 python五子棋小游戏

    🔥 Hi,各位同学好呀,这里是L学长! 🥇今天向大家分享一个今年(2022)最新完成的毕业设计项目作品 python小游戏毕设 五子棋小游戏设计与实现 (源码) 🥇 学长根据实现的难度和等级对项目进行评分(最低0分,满分5分) 难度系数:3分 工作量:3分 创新点:4分 项目获取: htt

    2024年02月03日
    浏览(46)
  • python项目分享 - python五子棋小游戏

    🔥 Hi,各位同学好呀,这里是L学长! 🥇今天向大家分享一个今年(2022)最新完成的毕业设计项目作品 python小游戏毕设 五子棋小游戏设计与实现 (源码) 🥇 学长根据实现的难度和等级对项目进行评分(最低0分,满分5分) 难度系数:3分 工作量:3分 创新点:4分 项目获取: htt

    2024年02月03日
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  • Unity 简单联网游戏(双人五子棋)开发(二)

    前言:之前我们尝试开发了一个两个比拼分数的不像游戏的超简单的弱数据联网游戏,主要是想让一些没开发过联网游戏的人了解一下最基础的流程;不过有人仍然有人私信我表示看不懂,所以这次我们再开发一个类似的游戏,为了这个项目更像是一个游戏,而不是不像游戏

    2024年02月08日
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