台台台台 灣灣灣灣 大大大大 學學學學 資資資資 訊訊訊訊 工工工工 程程程程 學學學學 系系系系

NTU CSIE Digital Circuit Laboratory

數位電路實驗數位電路實驗數位電路實驗數位電路實驗

Final Project Project Name：：：：Shooting Bird(射小鳥射小鳥射小鳥射小鳥)

組別組別組別組別：9

組員組員組員組員：B97902019 蔡明驊

B97902028 王志勝

B97902030 林運生

B97902074 張洺偉

指導教授指導教授指導教授指導教授：甘宗左教授

指導助教指導助教指導助教指導助教：薛名雄助教

中華民國 100年 01 月

2

摘要摘要摘要摘要

這學期的數位電路實驗，我們開始接觸到一點硬體的東

西，從最原本的電壓、電阻和電流的量測，示波器的校準和

使用，最後摸到了 Altera DE2-70這塊板子，我們利用這塊板

子來操作一些邏輯閘的性質，實作加法、減法、多工器和簡

易 ALU。到了學期末，我們就被要求充分利用這塊板子，完

成我們無限的創意。

一開始我們進行討論，決定我們要做什麼？是要做實用

性目的，還是要做娛樂性目的。最後我們決定要做娛樂性目

的的射擊遊戲，接著我們便開始天馬行空地想像，把一切想

要的結果都歸納進來，緊接著是規劃期末時程表，按表操

課，過程中不斷遭遇各式各樣的難關，有些是可以解決的困

難，有些卻如同 P=NP般難題，雖不能說無解，但也是難度

頗高。最後，做的東西雖然和原本的設計理念有點不同，但

我們還是欣然接受，因為我們在過程中學到的東西遠比最後

呈現的簡單結果還多。

3

目錄目錄目錄目錄 摘要…………………………………………..………….2

目錄…………………………………………………..….3

第一章 Altera DE2-70介紹………………………4~6

1-1. 硬體介紹……………………………………4~5

1-2. 軟體介紹………………………………………6

第二章 遊戲介紹………………………………….7~9

2-1. 設計動機…………………………………….7

2-2. 遊戲流程………………………………….8~9

第三章 遊戲實作…………………………….…….10~13

3-1. VGA……………………………….……10~11

3-2. 鍵盤………………………………………...12

3-3. 七段顯示器………………………………...12

3-4. 倒數計時器…………………………….12~13

第四章 實作結果………………………………….13~16

4-1. 操作說明…………………………………...13

4-2. 遊戲畫面……………………………….14~16

第五章 工作分配………………………………………17

第六章 討論與總結………………………………..18~19

6-1. 遇到的困難…………………………………18

6-2. 解決方法……………………………………18

6-3. 心得…………………………………………19

第七章 參考資料……………………………………….20

4

第一章第一章第一章第一章 Altera DE2-70 介紹介紹介紹介紹

在這次的實作遊戲中，我們必須要先對所使用到的硬體

和軟體有其基本的認識，這樣我們才能充分利用我們所擁有

的條件，進一步達成目標。首先 DE2-70繼承了 Altera 一系

列的開發軟體，如 Quartus II和 Nios II 等。硬體方面，我們

這次使用的是 DE2-70的這塊板子；軟體方面，我們使用

Quartus II搭配 VHDL 語言，來控制我們的 DE2-70。

1-1. 硬體介紹硬體介紹硬體介紹硬體介紹

DE2-70發展板，其上有很多功能，例如：提供強大的多

媒體和網路、紅外線等連結點，可以供應使用者多元發展。

在板子上有 18 個 Switch，可以用來控制輸入訊號；有 4 個

按鈕的輸入控制，因為按下去訊號為 0，所以要利用負緣觸

發來偵測按下去的動作；本身也有 8MB 的 Flash memory可

供使用。

以下是這塊板子的外觀圖：

5

(圖 1)

裡面的功能介紹和下面這張圖顯示的一樣：

(圖 2)

6

1-2. 軟體介紹軟體介紹軟體介紹軟體介紹

Quartus II使用 VHDL。VHDL(Very High Speed Integrated

Circuit Hardware Descrption Language的縮寫)，顧名思義就是

硬體描述語言，是用來敘述硬體的行為特徵的語言。相關的

語法在這裡不做闡述，想要研究的人可以上網找相關資料或

者相關書籍。

7

第二章第二章第二章第二章 遊戲介紹遊戲介紹遊戲介紹遊戲介紹

2-1. 設計動機設計動機設計動機設計動機

一開始我們四人不知道要做什麼好，所以決定每個人都

想一種，最後來投票，張洺偉想要做進階版的小朋友下樓

梯，就是會出現很多隨機的門，然後不知道走進去的門會通

到哪個門出來；蔡明驊想要做打磚塊，利用很多 OO 的概念；

王志勝則是上網找了很多影片來看，想要朝搖桿方面努力；

林運生則是想要做貓狗大戰的遊戲，就是一隻貓和一隻狗互

丟東西的遊戲。

最後我們評估了一點發展可能性，決定要做射擊類的遊

戲，並且結合類似 Wii 的紅外線控制手槍來射擊物體，那時

候也想到如果最後做不出紅外線，也許可以來改造 PS/2的滑

鼠，因為 DE2-70也支援 PS/2接頭的鍵盤或滑鼠。

於是乎我們的主題就這麼定下來了，但是要射擊什麼物

體還沒決定，一開始也隨便講講，說要射蔡明驊或射什麼之

類的，沒想到開始構思程式的時候，就畫了一隻鳥，在螢幕

上面飛來飛去，感覺蠻合理的，就沿用到最後的 project主

題，所以我們就朝著射小鳥邁進，不過可惜的是，不但手槍

沒弄出來，連滑鼠也沒研究出來，還好還有個鍵盤，所以只

好改用鍵盤來代替。

8

2-2. 遊戲流程遊戲流程遊戲流程遊戲流程

首先把程式 compile好，燒錄到 DE2-70的板子上面，同

時板子要先連接好 PS/2的鍵盤和螢幕，而且 SW[14]～SW[17]

先設定好計時器的時間，SW[0]～SW[3]設定為 logic 0，之後

就會看到螢幕上面顯示三朵雲和四隻鳥飛來飛去，一個十字

瞄準器代表手槍，以及時間倒數的時間顯示在螢幕中間。

接著就利用鍵盤的 ijkl( 上左下右)和 A(射擊)來進行遊

戲，進行遊戲前，要先按一次 pushbutton[0](KEY[0])來 reset

全部環境因子(諸如分數或鳥、瞄準器的位置)，再按下

SW[2](遊戲開始，時間開始倒數)，就可以開始遊戲了。

遊戲過程中，時間不斷倒數，時間部份會顯示兩個地方，

第一是板子上面最左邊的兩個七段顯示器，第二是螢幕上

面，當時間剩下三秒時，會以紅字來提示，此外都是黑字；

分數部份也有差別，打中大隻鳥會得一分，因為大隻鳥比較

大隻，飛得比較慢，打中小隻鳥會得三分，因為小隻鳥比較

小隻，飛得比較慢，然後分數部份統一顯示在板子的中間部

份的兩個七段顯示器，在這裡要說明一下，打中鳥時，會有

鳥噴汁的畫面，有些同學試玩後都說我們有點血腥，但是我

們要澄清的是，那不是血跡，而是長得像血的紅色星星，不

過意思好像差不多。

最後時間倒數到零的時候，就會停止一切動作，只會秀

出 TIME UP 的結束畫面，接著就可以看分數，看你是不是

有進到我們的最高得分排行榜囉。

9

(流程圖)

10

第三章第三章第三章第三章 遊戲實作遊戲實作遊戲實作遊戲實作

3-1. VGA

裡面控制了螢幕的各項輸入內容，包括三朵雲、四隻鳥

和十字瞄準器，背景天空顏色，時間的倒數，還有分數的計

算及遊戲結束畫面，可以說是 code部份最多的地方。

VGA 的畫面顯示原理，是它會利用我們 assign的系統

clock(50MHz)來跑變數 hsync和 vsync，分別為水平同步和垂

直同步，具體解釋就是一行行地掃描螢幕，這行的水平 x 掃

完，就把 y+1，掃下一行的 x，如此不斷重複下去，當掃到

最後一行時，再重頭開始，如此反覆下去，這裡的螢幕大小

是 640*480。

物體的移動可以分為靜態和動態，靜態物件例如：雲和

不會動的時間數字，我們只要控制要在什麼地方、什麼時候

秀出來即可；麻煩的是動態物件，例如：鳥和十字瞄準器，

我們要設兩個移動方向的變數，分別表示垂直和水平方向的

移動，變數值範圍為(-1), 0 和 1，(-1)代表此刻物件的座標

向左或向上移動，1 則相反，然後可以有個係數來做倍數擴

增，控制移動的速度。

最後值得一提的就是配色，一開始我們採用單純二進位

的 0 和 1 來表示顏色色彩，這樣的複雜度最多只有兩種顏色

可以提供一個物件使用，雖說已經要滿足了，但是效果不是

很好，剛好此時我們的革命同志陳彥豪同學出現，他說配色

可以有另一種方式，就是用 0～f 來表示 16 種顏色，這感覺

相當不錯，原理也是平易近人，關鍵就是 X，代表十六進位

11

表示法。

3-2. 鍵盤鍵盤鍵盤鍵盤

實作部份只有一點需要注意，就是鍵盤的讀入很奇妙，

試從電路的角度來分析，當你按下一個按鍵時，會送出一個

signal，之後這個 signal就會一直持續下去，即使你把按鍵放

掉也是一樣。

要克服這個問題，就要利用另外一種訊息的讀取，break

code(F0)，這是一種 signal，當你放掉鍵盤按鍵時，才會產生，

而我們要記得去讀取這個 signal，當讀取這個 signal時，取

消按下的 signal訊息。

3-3. 七段顯示器七段顯示器七段顯示器七段顯示器

最簡易的部份就是七段顯示器了，但是這裡也有一個地

方需要注意，就是宣告方式和最後 assign pin腳方式的差別，

0..6和 6..0是不一樣的。

3-4. 倒數計時器倒數計時器倒數計時器倒數計時器

一開始這部份搞了很久，都以為失敗了，但是其實是 clock

沒算好。以 50MHz 來說，它一秒震盪 50M 次，可以說是非

常快，所以如果沒算好，咻一下就結束了，人眼也看不出來，

12

我們可以設一個變數來紀錄，當它數到 50M，就代表已經過

了一秒。

13

第四章第四章第四章第四章 實作結果實作結果實作結果實作結果

4-1. 操作說明操作說明操作說明操作說明

KEY[0]是 reset all。

SW[2]是遊戲開始。

SW[3]是時間暫停。

SW[17]～SW[14]是設定時間，例如：1101代表 13。

鍵盤 ijkl 代表上左下右

鍵盤 A 代表射擊。

當遊戲結束想要再玩一次時，先把 SW[2]調回 logic 0，再

按 KEY[0]reset即可重新再來。

14

4-2. 遊戲畫面遊戲畫面遊戲畫面遊戲畫面

開始畫面(舊版，尚未新增螢幕上的時間倒數)：

15

遊戲進行中畫面(時間倒數從 15 跑到 10)：

遊戲結束的畫面：

16

DE2 板子的顯示畫面(時間設定為 15 秒，尚未開始，玩家試

玩，得分 26)：

最後要正式開始時，只要 reset即可重置分數，然後按下 SW[2]

開始遊戲。

17

第五章第五章第五章第五章 工作分配工作分配工作分配工作分配

蔡明驊：時間倒數計時器，買早餐。

王志勝：鍵盤部份，買午餐。

林運生：VGA 部份，買晚餐。

張洺偉：VGA 部份，買宵夜。

共同部份：report和 wiki 和程式架構和音效(失敗)。

18

第六章第六章第六章第六章 討論與總結討論與總結討論與總結討論與總結

6-1. 遇到的困難遇到的困難遇到的困難遇到的困難

1. 一開始借到的 DE2 板子都怪怪的。

2. VGA 的 RGB 配色，是 10-bit 和外面常用的 8-bit 色不一

樣，差了四倍，同時也要注意陣列的元素宣告順序和 pin

腳 assign的順序。

3. VGA 如何生圖。

4. 鍵盤的輸入會卡鍵。

5. 倒數計時器咻一下就跑完了，當下以為失敗了。

6. 音效弄不出來。

6-2. 解決方法解決方法解決方法解決方法

1. 特別感謝助教的 DE2 板子救援，沒有昨日的助教，就沒

有今日的我們。

2. VGA和鍵盤的 code，就是參考DCL網頁的範例 code。

3. 另外 co 了一個 program 去 run小畫家畫出來的圖。

4. 因為 if 的判斷順序，導致鍵盤輸入有點卡。

5. 倒數計時器，深刻體會到 clock 的快速。

6. 音效部分，最後還是沒研究出來…，主要還是對於 AUD

pin 腳的不認識，有想過把 wav 寫成死的，針對 DAC 輸

出，殘念。

19

6-3. 心得心得心得心得

心路歷程：

1. 一開始不知道要做什麼主題好，於是組員們隨意開

spec，猶如初生之犢不畏虎，為日後的搞不出來埋下伏

筆。

2. 借的 DE2 板子似乎有點狀況，還好助教不畏辛勞，遠從

地球另一端伸出援手，即刻救援。

3. 第一次把雲和鳥印在上面，覺得世界非常奇妙，但是那

時候很陽春，配色也不全，正所謂鳥非鳥，雲是雲。

4. 把鍵盤和分數的部分搞定，可以控制十字瞄準器打鳥，

很是高興，猶如早起的鳥兒看到蟲兒般雀躍，開始瘋狂

打鳥。

5. 進入無窮迴圈，於是想到了沒有子彈或時間倒數的限

制；加上了時間倒數，但是一開始跑太快了^^”，一下

子就結束，很是挫折，簡直盪到谷底。

6. 修正了時間倒數，完成了基本版，剩下時間幾乎都在研

究音效，但是還是搞不出來，彷彿剛看完明天過後，充

滿了無限悲傷。

7. 完成了某一些東西，就會再多想可以再多弄些什麼，結

果就是有點無限上綱，弄完了上色還不滿足，又弄了噴

血的畫面，又把時間倒數印在螢幕上，又….，導致最後

天天跨年，天天看日出。

20

第七章第七章第七章第七章 參考資料參考資料參考資料參考資料

圖 1：

http://www.altera.com.cn/education/univ/materials/boards/unv-d

e2-board.html

圖 2：

http://www.terasic.com.tw/cgi-bin/page/archive.pl?Language=E

nglish&CategoryNo=53&No=226&PartNo=3

DCL 課程網：http://eraser.csie.ntu.edu.tw/courses/dcl/99/

DCL wiki：

http://eraser.csie.ntu.edu.tw/courses/dcl/99/wiki/doku.php