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摘 要

本文首先对FPGA的发展现状和优势进行了介绍；并介绍了用于FPGA开发的软件平台vivado，包括仿真、调试和下载，以及简要介绍了Basys3开发版上所用到的资源和用于FPGA开发的Verilog语言；本设计采用了Verilog语言对开发板Basys3进行编程设计，通过提取图片数据存入rom中，然后读取rom中的数据显示到VGA显示器上，以FPGA进行显示控制；同时，采用PS/2键盘控制显示器上小球图片的移动来躲避匀速移动的墙体。若小球碰到墙体，计分停止，游戏结束。

关键词：FPGA vivado Basys3 Verilog语言 游戏

The design of a small game of dodging the wall based on Basys3

Abstract

First, the present situation of FPGA development and advantages are introduced;and vivado,a software for the FPGA development platform,is introduced, including simulation, debugging, and download;meanwhile,the resources on the Basys3 which is used in this design and the verilog HDL are introduced.The Verilog language are used in this design to program on Basys3 development board, by extracting image data stored in ROM, and then read the data in the ROM to display pictures on VGA display controled by FPGA.At the same time, a PS / 2 keyboard is used to control the movement of pictures on display to avoid the wall moving at a constant speed.If the ball touching the wall, the score will stop and game over.

Key Words: FPGA,vivado,Basys3,Verilog HDL,game

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 课题背景 1

1.2 主要技术 1

1.2.1 FPGA 1

1.2.2 VGA显示 1

1.2.3 PS/2键盘 2

1.2.4 vivado开发环境 2

1.2.5 Verilog HDL 2

1.2.6 Basys3开发版 2

1.3 意义及前景 3

第二章 整体设计概述 5

2.1 整体设计原理 5

2.2 整体设计框图 5

2.3 各模块设计思路 6

2.3.1 时钟模块 6

2.3.2 VGA显示模块 6

2.3.3 计分模块 6

2.3.4 小球和墙体移动模块 6

2.3.5 键盘模块 6

2.3.6 判定模块 6

第三章 VGA显示 7

3.1 VGA显示驱动的原理 7

3.2 VGA显示驱动的时序 7

3.3 VGA驱动内部框图 8

3.3.1 ROM存储模块 8

3.3.2 VGA功能模块 9

3.3.3 VGA控制模块 9

3.4 仿真 10

第四章 小球与墙体的移动 11

4.1 小球的移动 11

4.1.1 PS/2键盘 11

4.1.2 小球移动速度 15

4.1.3 小球移动的仿真 15

4.2 墙体的移动 16

4.2.1 墙体移动原理 16

4.2.2 墙体移动速度 16

4.2.3 墙体移动的仿真 16

第五章 小球与墙体的碰撞判定 18

5.1 判定原理 18

5.2 各墙体判定依据 18

5.2.1 小球与垂直墙体碰撞 18

5.2.2 小球与水平墙体碰撞 19

5.3 碰撞判定仿真 19

第六章 调试与实现 21

6.1 问题及其解决方案 21

6.1.1 PS/2接口 21

6.1.2 小球直接移动到边界 21

6.1.3 vivado闪退后仿真报错 21

6.1.4 计数模块的实现 22

6.2 下载与实现 22

结 语 24

参考文献 25

附 录 27

第一章 引言

1.1 课题背景

FPGA(Field Programmable Gate Array）即现场可编程门阵列，是一种可编程逻辑器件，如今已成为数字系统的核心，在计算机硬件和通信方面应用广泛。

FPGA由于具有现场可编程性和高密度性，在电路设计的过程中，大部分工作可以简化并在计算机上完成。同时借助CAD 技术，产品的开发周期被缩短了，投资的风险也减小了。因为FPGA具有高密度性，也大大降低了样品的体积和器件的功耗，使用户不需要到国外流片即可在实验室开发出大规模专用集成电路。FPGA一出现，就立即受到电路和系统设计者的喜爱，成为了当今电路行业中一个异军突起的新型路。

FPGA 的功能都由用户编写的配置程序决定，可以在不改变其外部接口的情况下，就便利地改变其电路的逻辑功能，十分适用于小批量、多品种的军用设备的研制。并且它使用方便，逻辑功能非常容易改变，适应于现代通信发展的需求，所以，国外已广泛地用FPGA来进行产品设计或科研工作。

1.2 主要技术

1.2.1 FPGA

现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，缩写为FPGA），它是对PAL、GAL、CPLD等可编程逻辑器件的进一步发展。它是专用集成电路领域中的一种半定制电路，既了克服全定制电路的缺点，又解决了原来的可编程逻辑器件门电路数有限的问题。

1.2.2 VGA显示

VGA (视频图形阵列，Video Graphic Array)是一种与显示器进行通信的标准接口，应用广泛。根据VGA显示原理，使用Verilog硬件语言来描述逻辑，使用FPGA 器件对RGB信号、行同步信号、场同步信号等信号的控制，并参照相关标准，实现对整个显示器的扫描，即对VGA显示器的控制。

VGA显示的内容存储在ROM中。同时，FPGA内部有块RAM，用以存储图片色彩信息。RAM读取控制模块严格遵守显示器的扫描规律，将存储的数据信息传送给VGA显示器，实现对图片文字等信息的显示。

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