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電子發(fā)燒友網(wǎng)>電子資料下載>電子資料>PwFPGA第5部分 - DE0 Nano上的乒乓游戲

PwFPGA第5部分 - DE0 Nano上的乒乓游戲

2023-06-27 | zip | 0.00 MB | 次下載 | 免費

資料介紹

描述

這是一個由 5 部分組成的博客,以下是鏈接:

第 1 部分:FPGA 基礎(chǔ)知識

第 2 部分:在 Spartan 6 FPGA 上使用 Xilinx ISE 的組合邏輯

第 3 部分:在 Cyclone-IV FPGA 上使用 Quartus Prime 的順序邏輯

第 4 部分:在 Artix-7 FPGA 上使用 Vivado 的組合邏輯與順序邏輯

第 5 部分:最終項目 - DE0 Nano 開發(fā)板上的 Pong 游戲

主意:

該項目旨在通過應(yīng)用本博客前面部分中學(xué)到的所有概念來構(gòu)建一個簡單的 Pong 游戲(單人游戲)。

乒乓球游戲的輸入(用戶控制)將通過旋轉(zhuǎn)編碼器,輸出可以在 VGA 監(jiān)視器中看到。

概念:

1. 旋轉(zhuǎn)編碼器:-

這是旋轉(zhuǎn)編碼器的內(nèi)部接線。黃色表示 VCC,灰色表示 GND。當編碼器旋轉(zhuǎn)時,兩個輸出在 1 和 0 之間切換。

pYYBAGNod46AY9MnAAA7rQMiH0E234.png
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根據(jù)脈沖的位置,我們可以確定方向,我們可以將脈沖數(shù)作為該方向的計數(shù)。

poYBAGNod5GAfS7OAABaRHrG8L0883.png
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讓藍色波形為輸出 1,綠色為輸出 2。

那么我們?nèi)绾未_定方向呢?如果您非常仔細地觀察波形,您會注意到在輸出 1 的每個上升沿,如果輸出 2 為低電平,那么它是順時針方向的。

在輸出 1 的上升沿,如果輸出 2 為 HIGH,那么我們可以說它是逆時針的,但這種方法在現(xiàn)實生活中解碼信號并不可靠。

我們?nèi)绾谓獯a信號?

答案 - 正交解碼器。

正交解碼器的設(shè)計:

pYYBAGNod5OAGhRTAAAnFVrhFu4359.png
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測試設(shè)計:

我們將使用 Terasic System Builder 為 Quartus Prime 構(gòu)建項目。

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poYBAGNod5aAKXq3AAEYzGESpec623.png
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我們將使用 8 個板載 LED 作為計數(shù)器的輸出,使用 1 個 RGB LED 作為旋轉(zhuǎn)編碼器的方向并檢查旋轉(zhuǎn)編碼器的開關(guān)。

您可以通過查看本博客系列的第 3 部分來熟悉 Quartus Prime 軟件。

驗證碼:

pYYBAGNod5uAfdCpAADE4PiFqSg962.png
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QSF 文件和 SDC 文件:

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poYBAGNod56AYh-4AAEbuM4NwwU084.png
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。

好吧,這個術(shù)語對您來說應(yīng)該非常熟悉,因為我們可能至少使用過一次 VGA 監(jiān)視器,或者甚至現(xiàn)在可能正在使用它。

1987 年首次與 IBM PS/2 系列計算機一起推出,之后它被廣泛用于幾乎所有帶 DVI 的 PC,直到 2003 年 HDMI 出現(xiàn),之后由于更高的分辨率和更好的幀速率,它被廣泛采用,到了當年2015 年有超過 40 億臺設(shè)備使用 HDMI。

讓我們看一下VGA Pinout:

pYYBAGNod6CAZWZGAAA0QtdN9RY758.png
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VGA有5種主要信號,分別是紅、綠、藍、水平同步和垂直同步。

來自多倫多大學(xué)的有用信息

“VGA監(jiān)視器可以被認為是一個像素網(wǎng)格,其中每個像素是一個可以設(shè)置為特定顏色的圖片元素。有480行,每行由640個像素組成。(在本項目中使用)VGA接口串行工作,也就是說,每個像素的顏色信息一個接一個地發(fā)送,而不是一次發(fā)送。

顏色可以使用由每種基本顏色(紅、綠、藍)的強度組成的三元組來表示。監(jiān)視器期望這些值是模擬的,因此使用了 DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器)。

需要認識到的一個重要事實是 VGA 顯示器沒有內(nèi)存,因此不會存儲寫入其中的像素信息。相反,必須將像素連續(xù)發(fā)送到顯示器以實現(xiàn)穩(wěn)定的圖像。VGA 適配器確實有內(nèi)存,將負責(zé)不斷地發(fā)送像素信息?!?/font>

讓我們看一下時序圖以了解有關(guān)該協(xié)議的更多信息:

poYBAGNod6OAE4MbAABX9o0nayw506.png
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pYYBAGNod6iAGNjxAABcccI5mcc776.png
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測試VGA協(xié)議:

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poYBAGNod6qAHWgwAAERwXfzja0390.png
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我將使用 Verilog 模塊為 VGA 生成水平同步和垂直同步

pYYBAGNod66ATEUZAADyi_PXnA4226.png
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現(xiàn)在,一旦我們有了這個模塊,我們就可以在顯示器上繪制任何形狀。

poYBAGNod7CAWtHOAAD3BfTxqVk968.png
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所需時鐘為 25MHz,因此首先將板載 50MHz 除以 2 得到 25MHz。

hvsync_generator 模塊將在 VGA(頂部)模塊中實例化。數(shù)字 160、240 表示監(jiān)視器中的水平位置,480 是監(jiān)視器中可能的最大垂直距離。

R-1、G-1、B-1對應(yīng)白色,R-1、G-0、B-0對應(yīng)紅色,R-1、G-1、B-0對應(yīng)黃色,以此類推上。

約束文件和SDC文件:

pYYBAGNod7OAR_8kAAGFpypTP9E044.png
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poYBAGNod7eATFi1AACUDyTwE0o281.png
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測試 VGA 輸出:

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現(xiàn)在我們已經(jīng)學(xué)習(xí)并測試了旋轉(zhuǎn)編碼器和 VGA 模塊,讓我們開始構(gòu)建乒乓球游戲。

3. 乒乓游戲的制作:

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poYBAGNod7qART9oAAEni2Y--H8675.png
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1.首先創(chuàng)建一個文件,用于生成水平同步和垂直同步信號并固定顯示區(qū)域

pYYBAGNod7yAHYyXAADdGr2mPZ0696.png
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2.接下來添加乒乓球游戲的代碼,如以下步驟所述

聲明輸入和輸出,然后聲明分頻器,如博客系列的第 3部分所述

pYYBAGNod76ACFUgAAB8R_DqTUo370.png
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3. 接下來實例化水平同步和垂直同步信號的模塊,并編寫旋轉(zhuǎn)編碼器的代碼,如本博客前面所述。

然后我們根據(jù)計數(shù)器值移動彈跳器,計數(shù)器值可以通過旋轉(zhuǎn)編碼器遞增或遞減

poYBAGNod8GACIDHAADHBoTCQlc512.png
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4. 在這一步中,讓我們編寫將在乒乓球比賽中使用的球的代碼:

pYYBAGNod8WAB3NHAABNT5R9wmc348.png
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5.根據(jù)滑動開關(guān),選擇彈跳器是手動還是自動移動,根據(jù)球的位置,反轉(zhuǎn)球與任何物體碰撞的方向。

觀察碰撞和旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)的方向,設(shè)置輸出到板載 LED

poYBAGNod8eAdJ44AAEk7SinW40799.png
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6.接下來編寫代碼,每次碰撞時更新球的位置并重置碰撞檢測

pYYBAGNod8mAPDMJAACnmhBuDG4884.png
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7. 最后根據(jù)開關(guān)位置改變顏色,并將 RGB 信號分配給各自的輸出,并僅在顯示器的總區(qū)域內(nèi)顯示。

poYBAGNod8uAEXKZAABsN1D7iWA934.png
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8.現(xiàn)在寫約束文件和SDC文件

約束文件:

pYYBAGNod9GAbKLnAAER96H-PRs989.png
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poYBAGNod9OAftFsAABbcs3wQXI783.png
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SDC 文件:

pYYBAGNod9aAQmtJAACedtI0_qA878.png
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綜合邏輯圖:

pYYBAGNod9mAdwihAADwP5Rg3Ek601.png
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分析起來太復(fù)雜了,但它確實有效!

連接:

查看下面給出的約束和圖像,以了解有關(guān)如何連接模塊的更多信息。

pYYBAGNod9uAWiacAAEMOADxsE8482.png
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poYBAGNod9-ALTCYAABO0I2kp4A900.png
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poYBAGNod-KAAgTEAACtJMJVvbU321.png
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VGA:

在 Pmod VGA 中,您會注意到它支持 12 位,但在這個項目中,我們只使用 3 位,紅色一位,綠色一位,藍色一位。

將 DE0 Nano 的 Red 引腳連接到 DAC 中權(quán)重最高的 Pmod 的 R3 其余位將在 Pmod 內(nèi)部接地。

以同樣的方式將綠色連接到 G3,將藍色連接到 B3。在 Pmod 中水平同步到 HS 和垂直同步到 VS。將 Pmod 的 VCC 和 GND 連接到 DE0 Nano 中的相應(yīng)引腳。

旋轉(zhuǎn)編碼器:

按照約束文件中的規(guī)定,將旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)據(jù)引腳連接到 ROT_A 和旋轉(zhuǎn)編碼器的 Clk 引腳到 ROT_B 輸入。

將旋轉(zhuǎn)編碼器的 VCC 和 GND 連接到 DE0 Nano 中的相應(yīng)引腳。

你完成了!

對 FPGA 進行編程并提供連接(請參閱引腳分配手冊),您將看到球和滑塊。確保啟用所需的開關(guān)以查看操作。

乒乓球游戲的最終輸出

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參考:

1. https://how2electronics.com/construction-working-rotary-encoder/

2. https://reference.digilentinc.com/reference/pmod/pmodvga/reference-manual

3. https://reference.digilentinc.com/learn/programmable-logic/tutorials/vga-display-congroller/start

4. https://www.eecg.utoronto.ca/~jayar/ece241_06F/vga/vga-monitors.html#:~:text=There%20are%20480%20rows%20and,反對%20to…

5. https://numato.com/kb/simple-vga-design-example-for-telesto/


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