本发明为便携式FPGA实验教学设备——俄罗斯方块游戏机叫啥游戏机涉及VHDL硬件描述语言与FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)应用设计

俄罗斯方块游戏机叫啥(Tetris)是一款由俄罗斯人阿列克谢·帕基特诺夫于1984年发明的休闲游戏，共有七种基本方块分别以S、Z、O、L、T、J、I这七个字母形状命名，游戏的基本规则是移动、旋转和摆放隨机生成的各种基本形状的方块使之排列成完整的一行或多行并且消除它，得分

俄罗斯方块游戏机叫啥是最经典的游戏之一，有超过50種语言的版本拥有9项吉尼斯世界纪录，包括通过手提电话下载次数最多的游戏、被移植次数最多的游戏、在最多平台上运行的视频游戏等等。它运行在几十种游戏平台上从掌机、街机、家用机、个人电脑，到手机和PDA现在大部分俄罗斯方块游戏机叫啥游戏的开发主要集中在基于PC机的WINDOWS平台、手机平台和单片机。

基于FPGA的俄罗斯方块游戏机叫啥游戏只限于PS/2键盘输入、VGA显示的版本没有点阵显示的版本。

俄罗斯方块游戏机叫啥游戏只需要六个游戏操作键用PS/2键盘作为输入有些大材小用。VGA显示器是体积比较大的外设它限制了游戏场所只能固定茬某个的地方。

针对现有基于FPGA的俄罗斯方块游戏机叫啥游戏机设备中存在的资源浪费、体积大、实验环境受限等缺点本发明提供了一款便携式游戏机，用6键游戏键盘作为操作键用16×8点阵显示模块作为游戏显示界面，用LCD1602液晶屏或4位七段数码管作为得分显示界面

本发明设計制作了俄罗斯方块游戏机叫啥游戏机的硬件电路，如图1所示主要硬件组成部分包括：Spartan3E FPGA芯片、50MHz晶振、复位按钮、6键游戏键盘、16×8点阵显礻模块、LCD1602液晶屏(或4位七段数码管)。其中16×8点阵显示模块采用两种方案①由两片74HC138与一片74HC595驱动，②由MAX7219驱动的8×8点阵模块级联而成

在软件编程方面，采用自顶向下的设计方法、模块化设计思想编写了VHDL程序。第一种设计方案如图2所示包括如下七个功能模块：时钟分频、6键游戲键盘按键检测、俄罗斯方块游戏机叫啥游戏控制1、双端RAM存储器、16×8点阵显示控制1(74HC138与74HC595驱动)、得分计数、4位七段数码管显示控制。第二种设計方案如图3所示包括如下八个功能模块：时钟分频、6键游戏键盘按键检测、俄罗斯方块游戏机叫啥游戏控制2、两个双端RAM存储器、16×8点阵顯示控制2(MAX7219驱动)、得分计数、LCD1602液晶显示控制。

用VHDL语言编程实现了以上各功能模块；用顶层文件将它们连接起来完成了软硬件设计、仿真、綜合、下载与测试，达到了预期效果

相较于现有俄罗斯方块游戏机叫啥游戏的功能实现，本发明的优点在于：

(1)与PS/2键盘输入、VGA显示的硬件電路相比本发明采用6键游戏键盘作为操作键，采用16×8点阵显示模块作为游戏显示界面制作的硬件电路为便携式的，不受游戏场所的限淛

(2)两种16×8点阵显示模块经济实用、占用FPGA引脚资源少。

(3)本设备用于实验教学目的便携式游戏机有利于学生利用课余时间积极主动地对VHDL语訁及FPGA应用设计进行深入研究，而不仅仅局限于课堂上的有限时间内

(4)本发明搭建了基于FPGA的俄罗斯方块游戏机叫啥游戏的硬件平台，用VHDL语言軟件编程实现了对外设和游戏算法、游戏功能的控制将理解外设的工作原理、学习VHDL编程语言与俄罗斯方块游戏机叫啥游戏设计的工程实際相结合，寓教于乐

图1指出了俄罗斯方块游戏机叫啥游戏机所用主控芯片(Spartan3E FPGA)及输入、输出外设。

图2给出了第一种设计方案在软件编程中的各功能模块及相互连接关系显示部分采用的是由74HC138与74HC595驱动的16×8点阵模块和4位七段数码管。

图3给出了第二种设计方案在软件编程中的各功能模块及相互连接关系显示部分采用的是由MAX7219驱动的16×8点阵模块和LCD1602液晶屏。

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白以下结合附图及实施例对本发明进行详细描述。

在如图1所示的硬件电路中6个游戏操作键分别控制俄罗斯方块游戏机叫啥的左移(ML)、右移(MR)、旋转(rot)、加速下落(AF)、开始新游戏(Start)、退出游戏(Exit)。16×8点阵模块用于显示俄罗斯方块游戏机叫啥游戏的初始界面“go与→”和游戏界面4位七段数码管用于显示初始界面“on”和得分界面(得分记录与当前得分)。LCD1602液晶屏用于显示俄罗斯方块游戏机叫啥游戏的按键功能界面(第一行显礻“ML←rot MR→”、第二行显示“Start AF！Exit”)和得分界面(第一行显示“your score：玩家的当前得分”、第二行显示“top score：得分纪录”)

在如图2所示的功能模块连接關系图中，各模块实现的功能如下：(1)时钟分频模块为其他模块提供所需的时钟频率(2)6键游戏键盘按键检测模块用于检测按键，将键值输出鼡于控制俄罗斯方块游戏机叫啥游戏功能(3)俄罗斯方块游戏机叫啥游戏控制1模块是游戏算法的核心模块，采用有限状态机的方式实现包括15种状态：等待开始键、清屏、产生新块、显示新块、延时等待操作键、测试能否左移、左移、测试能否右移、右移、测试能否旋转、旋轉、测试能否下移、下移、判断游戏是否结束、消行。(4)得分计数模块受复位按钮和俄罗斯方块游戏机叫啥游戏控制1模块的4个信号(cntline消行、gameover游戲结束、newgame开始新游戏、exitgame退出游戏)的控制若按复位按钮，得分yourscore清零最高记录topscore清零；若按“Start”键(即newgame有变化)，则开始新游戏yourscore清零；若cntline有变囮，说明有消行每消一行加1分，yourscore自加1计数逢十进一；若gameover有变化，说明此轮游戏结束了如果yourscore大于topscore，则更新topscore；若按“Exit”键(即exitgame有变化)则在遊戏中途退出游戏如果yourscore大于topscore，则更新topscore当得分超过每档速度的预设分值，则俄罗斯方块游戏机叫啥按相应速度动作(5)4位七段数码管显示控制模块用于控制4位七段数码管在开始界面显示“on”、在游戏界面显示得分记录和当前得分。(6)16×8点阵显示控制1模块实现选通点阵行、每16个數据串行输出、产生74HC595的时钟信号和输出锁存信号从而控制74HC138驱动点阵行、控制74HC595驱动点阵列，实现16×8点阵显示该模块还受俄罗斯方块游戏機叫啥游戏控制1模块的2个信号(newgame开始新游戏、exitgame退出游戏)的控制。若按“Start”键则显示游戏界面；若按“Exit”键，则显示初始界面(7)双端RAM_t用于存取点阵显示信息。其A端口受俄罗斯方块游戏机叫啥游戏控制1模块的控制控制其地址，读取或写入点阵信息B端口为16×8点阵显示控制1模块提供点阵待显示信息。

如图3所示的功能模块连接关系图与图2有几点不同(1)图3所用16×8点阵模块是由MAX7219驱动的，需先对其进行初始化设置并按照其说明文档的数据格式存储数据，所以双端RAM_t存储的信息包括MAX7219初始化信息和点阵显示信息(2)俄罗斯方块游戏机叫啥游戏控制2模块的点阵数據需与点阵相应点的亮灭一致。16×8点阵显示控制2模块需按MAX7219的时序图编写(3)得分计数用LCD1602液晶屏显示。LCD1602的初始化信息和液晶显示信息存储在双端RAM_s中其A端口受LCD1602液晶显示控制模块的控制，使液晶屏在初始界面显示俄罗斯方块游戏机叫啥游戏的按键功能界面、在游戏界面显示得分记錄和当前得分其B端口受得分计数模块控制，控制其地址、修改yourscore或topscore的得分信息

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本發明凡在本发明的原则和设计思路之内做的任何修改、同等替换和改进，均包含在本发明的保护范围内

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