基于 FPGA 的飛機(jī)大戰(zhàn)游戲系統(tǒng)設(shè)計

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第一部分 設(shè)計概述

1.1 設(shè)計目的

我們設(shè)計了一款基于 FPGA 的SEA開發(fā)板 的飛機(jī)大戰(zhàn)游戲。飛機(jī)大戰(zhàn)游戲是一款休閑益智類游戲，既簡單又耐玩。在初始界面，我們有開始游戲、重新開始、皮膚選擇和結(jié)束游戲四個選項。開始游戲后，玩家可以用游戲手柄方便的控制飛機(jī)在屏幕上向任意方向移動，通過躲避子彈和射擊敵機(jī)得分，在屏幕左上角可以看到當(dāng)前生命和得分。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

最近的一些復(fù)古游戲網(wǎng)上商店吸引了許多喜歡老式電子游戲的買家。一些愛好者一直在收集復(fù)古游戲產(chǎn)品，一些普通玩家也開始收集舊式磁帶和CD，還有小時候玩過的游戲機(jī)。

雖然復(fù)古游戲只占全球 1090 億美金游戲行業(yè)的一小部分，但確是非常有吸引力的縫隙市場。該游戲平臺可以作為一個復(fù)古游戲機(jī)使用，經(jīng)過后期加工改良，可以將游戲移植到專用游戲機(jī)或手機(jī)等設(shè)備上，供玩家使用。這款飛機(jī)大戰(zhàn)游戲，可以放松心情，釋放壓力，提高反應(yīng)能力。

1.3 主要技術(shù)特點

（1） 在 BRAM 資源較少的情況下，采用了圖片壓縮編碼的方式，以較少的數(shù)據(jù)量來表示原來的像素矩陣。

（2） 我們編寫了游戲的主菜單和控制邏輯，游戲功能豐富，界面美觀。

（3） 我們外接了自制游戲手柄，可以直插在開發(fā)板上，方便地控制游戲。

1.4 關(guān)鍵性能指標(biāo)

（1） 游戲界面美觀，飛機(jī)圖標(biāo)清晰，游戲動畫顯示流暢。

（2） 游戲手柄上的搖桿與按鍵靈敏度高、指令延遲小。

1.5 主要創(chuàng)新點

（1） 使用了自制游戲手柄，相比普通按鍵，能更方便地控制游戲，提升用戶體驗。

（2） 在板載 BRAM，資源較少的情況下，采用了圖片壓縮編碼的方式，以較少的數(shù)據(jù)量來表示原來的像素矩陣。

第二部分 系統(tǒng)組成及功能說明

2.1 整體介紹

系統(tǒng)硬件由 SEA 開發(fā)板（型號 xc7s25ftgb196-1）、游戲手柄拓展板和 HDMI 顯示屏組成。FPGA 讀取按鍵和搖桿的狀態(tài)，來控制游戲顯示的內(nèi)容， 其中，F(xiàn)PGA 通過 IIC 方式來讀取搖桿的狀態(tài)。游戲總體控制模塊分為按鍵 功能控制、主菜單控制、游戲邏輯控制和文字圖片信息顯示控制四個方面。根據(jù)玩家不同的指令，HDMI 屏上顯示相應(yīng)的內(nèi)容。

2.2 各模塊介紹

根據(jù)總體系統(tǒng)框圖，給出各模塊的具體設(shè)計說明。

（1） 游戲總體控制模塊

按鍵功能控制：不同的按鍵對應(yīng)不同的指令，該模塊主要負(fù)責(zé)按鍵消抖與指令轉(zhuǎn)化。

主菜單控制：游戲初始界面的主菜單有開始游戲、重新開始、皮膚選擇和結(jié)束游戲四個選項?？梢酝ㄟ^按鍵上下移動光標(biāo)，選擇不同功能。

游戲邏輯控制：該模塊主要進(jìn)行了游戲規(guī)則的設(shè)計。

顯示模塊：主要負(fù)責(zé)文字顯示和飛機(jī)圖標(biāo)、子彈顯示。

（2） HDMI 顯示驅(qū)動模塊：驅(qū)動 HDMI 屏，在屏上流暢的顯示游戲界面。

（3） 游戲手柄驅(qū)動模塊：驅(qū)動手柄上的 PCF8591 芯片，輸出搖桿的位置狀態(tài)。

（4） IIC 通信模塊：實現(xiàn)游戲手柄和 FPGA 的通信，F(xiàn)PGA 讀取 PCF8591 輸出的數(shù)據(jù)。

第三部分 完成情況及性能參數(shù)

顯示的菜單如圖 3 所示，可以上下移動光標(biāo)選擇相應(yīng)的功能。游戲界面如圖 4 所示，實現(xiàn)了搖桿控制飛機(jī)朝任意方面移動。圖片清晰，畫面顯示流暢，指令延時小，并且游戲規(guī)則正確，可以給玩家良好的游戲體驗感。

第四部分 總結(jié)

可擴(kuò)展之處

A.利用板載的 esp32 模塊，實現(xiàn)脫機(jī)下載。

B.可以存儲一些其他游戲，設(shè)計個游戲選擇菜單。

C.利用板載的藍(lán)牙模塊，實現(xiàn)聯(lián)機(jī)游戲。

D.增加游戲音樂部分。

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