我做过的硬件项目： 拳皇快打游戏机

早上在那台快要报废的笔记本里找资料，翻到了大二大三时做过的两个硬件项目。 像见到了多年未见的老朋友一样，很亲切，虽然完全看不懂做的是啥傻逼玩意儿了， 尤其是这个，满满的中二气息，不信可以看看第二节的设计内容，羞耻感爆棚。

这个游戏机应该是大二数电课设做的，我骨子里比较不羁，总想着要跟别人不一样，所以自己设计了一个题目。电路设计十分复杂， 实验器材又比较老旧，所以撘了很多次，最后一天验收时才成功了，因为态度认真，又是自己设计的课题，老师很欣赏，嘻嘻。

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作 者： 月牙眼的楼下小黑
联 系： zhanglf_tmac (Wechat)
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1. 设计题目

从老师推荐的题目中，深受拔河游戏机 启发，想到小时候风靡一时的拳皇快打游戏，萌生利用 isp 器件设计一款“ crashfighter ”游戏机的想法,游戏面板设计如下：

2. 设计内容

• 1). “战局显示”部分可以记录胜负，按“战局复零键”可初始化 0:0.

• 2). 按“再来一局”键可以重新进行一局游戏，此时应该做到：

  a. 蜂鸣器响起，倒计时 3 秒，两方“战力值”（同后文提到的血气值，体力值）显示部分初始化 20.
  b. “战力指示灯”部分亮起三盏灯。
  c. 在这 3 秒内，玩家操作无效，战力值不变，战力指示灯不变。

• 3)玩家操作按单脉冲开关模拟出拳，以己方为例，若己方出拳比对方块，自己血气值提升1，对方下降1;

• 4).当己方战力值提升到 30，也即“满血”“满气”状态，会触发大招“定魂术”，会有如下效果：

  a.第四盏（从左往右数）指示灯亮，即“大招指示灯”，将维持 9 秒。
  b.在这 9 秒内，对方攻击无效，毫无还手之力，此谓“定魂”。
  c. 在这 9 秒内，己方出拳四次，对方减血四点，而自己体力值仅仅下降一点。

• 5).在对方减血过程中，战力值< 20 时，第三盏灯灭；战力值小于 10 时，第二盏灯灭；战力值下降到 0 后，第一盏灯也灭。宣告本局结束，战局显示为 1:0，且此时玩家的操作无效，战力值显示不变。按“再来一局”键可以开始新的一局游戏。

3. 设计思路

采用自顶向下的设计思路，基于上述各设计内容，顶层模块设计如下：

一共有六大自定义模块：

• CLK ： 产生秒脉冲以及喇叭源信号

• ATTACK： 产生双方计数脉冲，控制双方可逆计数器的加减

• 定时模块： 分为 3 秒倒计时和大招 9 秒定时

• LT_SHOW 模块：控制战力指示灯的显示

3. 1 CLK模块：

设计过程：输入试验箱提供的 100k hz 的脉冲源，利用 5 个十分频器可得到秒脉冲，由前两级分频器可得到 1k 赫兹的喇叭脉冲源，此处输出与秒脉冲的输出处理不同，是由于考虑到分频后脉冲占空比变大，若以此作为喇叭输入源，喇叭声音很小，故改用 jk 翻转触发器输出，以提高输出脉冲占空比，喇叭声音会有很大的提升。

仿真:

3.2 ATTACK模块

设计过程：采用脉冲开关来模拟出拳，利用基本 rs 触发器输出两路互补控制信号，分别控制两个可逆计数器的加减。由于触发大招时，lock1 和 lock 中必有一个从 0 变为 1，将 lock1 和 lock2 信号输入或门，当或门输出为 1 时，此时必定已经触发大招，将两个可逆计数器加减控制信号锁为1 （9 秒），即两个计数器都工作在减法计数状态。将脉冲开关产生的计数脉冲进过过一次 4 分频，将得到的新脉冲和原来的脉冲一起输入数据选择器，将两个 lock1 , lock2 作为数据选择器的地址信号，根据地地址信号来决定可逆计数器此采用哪一路的计数脉冲。.

3.3 LT_SHOW模块

设计过程：战力指示灯的显示跟并行模数转换器的设计思路十分类似，一开始我效仿着利用 8 个 8 位数据比较器设计的，结果可想而知，大大地超出了资源。后来转换思路，只要关注高两位和低四位的信号高低电平变换即可，设计电路如上图，大大简化了电路.

仿真：

3.4 定时模块

设计思路：因为刚刚做完电子钟的项目，并且利用延时触发器实现了其中的整点报时，喇叭鸣叫十秒的功能，一开始我也是沿用这种利用多个 D 触发器进行定时的思路，但是行不通，原因是在这种定时方案里，被延时的信号的输入必须跟秒脉冲沿同步。而我这里的两个被延时的信号 regame,kill 的输入一般情况下是不可能与计时脉冲沿同步的。冥思极久，口中喃喃念着“ 5,4，3,2,1........”突然灵光乍现，我刚刚念叨着的不就是一个减法计数器嘛！遂设计电路如上。

TIMER3 仿真：

TIMER9 仿真：

4. 验收演示

• 1.开启电源，按“再来一局”键，喇叭鸣叫三秒，三秒内双方操作无效，战力值显示 20:20，战力指示灯有三盏灯亮

  验收情况：符合预期效果

• 2 .为便于演示，一方按键明显快于另一方，己方加一，对方减1，对方战力值小于 20 时，灭一盏灯，小于 10 ，再灭一盏灯。

  验收情况：符合预期效果

• 3. 当己方战力值达到 30 时，第四盏灯亮并维持九秒，此时对方攻击无效，不会改变战力值和战力指示灯的显示，自己攻击四次，血气值下降一点，对方下降四点。九秒过后，对方攻击解锁，攻击有效。

  验收情况：符合预期效果

• 4. 对方战力值下降到零后，战力指示灯全灭，此时双方的操作都被锁定，战力值和战力指示灯不再改变，除非再按一次“再来一局”键。战局显示为 1:0

  验收情况：符合预期效果;基本符合预期效果，除了战局显示不正常，将战局显示部分的计数器的计数脉冲用一个测试灯接出来，发现一 局结束后确实是有一个计数脉冲到来的，但是数器就是无法计数，思考了两天都无法解决。这应该是本次课程设计中的 美 中不足之处吧。

5. 后记

我于今日（7,17）再次来到实验室，精挑细选了一块好板，重新连线，战局计数功能实现！(后附演示视频)， 果然如王老师所言，原先实验板的芯片引脚功能有问题。

6. 感想收获

如何较好地利用原理图输入的方法进行数字电路设计，个人愚见总结如下：

• 1.对基本组合逻辑模块，时序逻辑模块的功能及用途要了然于胸，这是进行数字电路设计的基础。巧妇难为无米之炊，熟知典型的功能模块，设计思路才显得有保障，有效率。

• 2. 应充分利用“自顶向下”设计优点和层次化的设计概念。进行顶层模块设计时，注重各模块之间的联系、反馈，自定义模块设计可以比拟于 C++ 中的面向对象的思想，可先注重其行为，忽略内部的实现，而且先设计模块的 IO 口，可以起到事倍功半的效果。

• 3. 可以看到，仅仅利用原理图设计数字电路，对于较简单的数字电路，还是能体其现直观、方便的优点的，但是，对于复杂的数字电路系统，其局限性不可避免，排线布线变得十分繁杂，电路的修改也将变得非常不方便，模块之间参数的通信也十分困难，并且这样的设计电路势必变得难以阅读。所以，数字电路的设计手段不可能仅仅局限于原理图输入这种方法，它应该有更高级，更抽象的设计方法，也就是我们即将学习的硬件描述语言。

• 4.多与身边的同学交流，吸取其较好的设计思路，遇到问题若一时不能解决，要主动向老师寻求帮助，节省时间且能学到更多知识以及对问题的看法。
  历时两个星期的数字电路课程设计令我获益匪浅，是学以致用的绝佳途径。在这里感谢王老师，杨老师的悉心指导，感谢同学们对我的帮助。