Lê Văn TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN Bảo * KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ XÂY DỰN  G CHƯ ƠNG TRÌ NH GAM E TRÊ N MÀN LÊ VĂN BẢO HÌN H VGA SỬ GDỤN XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GAME TRÊN MÀN HÌNH VGA CÔN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ FPGA G NGH Ệ FPG *A KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP NĂM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 2023 Đà Nẵng 12/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GAME TRÊN MÀN HÌNH VGA SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ FPGA CHUYÊN NGÀNH HỆ THỐNG NHÚNG GVHD: THS NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH SVTH : LÊ VĂN BẢO MSSV : 25211716646 LỚP : K25 - EHT Đà Nẵng 12/2023 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn sâu sắc nhất đến các thầy cô Trong suốt chặng đường học tập và làm đồ ấn tốt nghiệp em đã nhận rất nhiều sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy cô Đặc biệt em xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến với giảng viên hướng dẫn ThS Nguyễn Thị Bích Hạnh, cô đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em rất nhiều để có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp, nhờ sự hướng dẫn tận tình của cô đã cũng cấp cho em thêm kiến thức, các kỹ năng cần thiết, hướng dẫn cho em hoàn thành tốt đồ án chuyên ngành này Và tụi em xin chân thành cảm ơn phòng LAB của trường đã tạo điều kiện thuận lợi để em có thể mượn thiết bị thực hành trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp Do thời gian thực hiện và kiến thức còn hạn chế nên có thể còn nhiều thiếu sót trong quá trính thực hiện đề tài, rất mong nhận được sự đóng góp nhận xét của thầy cô Em xin chân thành cảm ơn! LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan ý tưởng và nội dung là tự nghiên cứu và tìm hiểu và ghi chép lại bằng sự hiểu biết của em cũng như sự hỗ trợ của cô Trong quá trình nghiên cứu và biên soạn báo cáo, em đã sử dụng nhiều nguồn tài liệu tham khảo để thu thập thông tin và kiến thức Những nguồn nghiên cứu hay trích dẫn đều được em trích dẫn ở cuối tài liệu này Em xin cam đoan và hoàn toàn chịu trách nhiệm về báo cáo này nếu có sai sót nào trong quá trình thực hiện Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày tháng năm 2023 NHẬN XÉT (Nhận xét của giảng viên hướng dẫn) Đà Nẵng, ngày tháng năm 2023 Giảng viên hướng dẫn ThS Nguyễn Thị Bích Hạnh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii LỜI CAM ĐOAN iv NHẬN XÉT v DANH MỤC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xi LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2 1.1 Lý do chọn đề tài 2 1.2 Mục đích nghiên cứu 2 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 1.3.1 Đối tượng 2 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 3 1.4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3 1.4.1 Cách tiếp cận .3 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu 3 1.5 Kết cấu đề tài 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 2.1 Công nghệ FPGA .5 2.1.1 Lịch sử ra đời của FPGA 5 2.1.2 Giới thiệu về phần cứng FPGA 5 2.1.3 Các bước thiết kế cho FPGA 6 2.2 Kit Altera DE2 – 115 8 2.3 Giới thiệu về PS2 – Keyboard .10 2.3.1 Chuẩn PS2 .10 2.3.3 Cấu trúc và giao tiếp bàn phím 12 2.3.4 Mã quét bàn phím (Scan code) : 12 2.4 Màn hình VGA .13 2.4.1 Khái niệm 13 2.4.2 Cổng VGA 14 2.4.3 Bộ điều khiển VGA 14 2.4.4 Mạch đồng bộ VGA 15 2.4.5 Tín hiệu đồng bộ theo phương ngang 15 2.4.6 Tín hiệu đồng bộ theo phương dọc 16 2.4.7 Tốc độ pixel 17 2.5 Dây cáp VGA 17 2.5.1 Khái niệm 17 2.5.2 Sơ đồ chân của dây cáp VGA 18 2.5.3 Lý thuyết điểm ảnh 19 2.5.4 Phương pháp quét màn hình 20 2.6 Ngôn ngữ mô tả phần cứng Verilog .21 2.6.1 Giới thiệu công nghệ (và ứng dụng) thiết kế bằng Verilog 21 2.6.2 Quy trình thiết kế mạch bằng Verilog 21 2.6.3 Cấu trúc chương trình Verilog .22 2.6.4 Kiểm tra Testbech 25 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 26 3.1 Mục tiêu thiết kế .26 3.2 Điều kiển màn hình VGA 26 3.2.1 Lưu đồ thuật toán 26 3.2.2 Phương pháp điều khiển màn hình VGA 27 3.3 Điều khiển bàn phím PS2 27 3.3.1 Lưu đồ thuật toán 27 3.3.2 Phương pháp điều khiển bàn phím PS2 27 3.4 Xây dựng trò chơi 28 3.4.1 Sơ đồ khối hệ thống 28 3.4.2 Snake Game .28 3.4.3 Pong Game .30 3.4.4 Chương trình tổng 32 3.5 Gán chân trên Kit FPGA .33 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 35 4.1 Hệ thống điều khiển trò chơi trên phần mềm Quartus II 35 4.1.1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống 35 4.1.2 Mô phỏng trên phần mềm 36 4.2 Hệ thống điều kiển trò chơi trên màn hình vga 38 4.2.1 Snake Game .39 4.3 Đánh giá hệ thống và kết quả 42 4.3.1 Đánh giá hệ thống 42 4.3.2 Đánh giá kết quả .42 4.3.3 Kiểm thử 42 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO .45 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Kiến trúc chung FPGA 6 Hình 2.2 Kit Altera DE2 - 115 .9 Hình 2.3 Cổng PS2 11 Hình 2.4 Sơ đồ thời gian của cổng PS2 11 Hình 2.5 Bảng mã Scan Code 13 Hình 2.6: Bảng màu 14 Hình 2.7: Sơ đồ khối của bộ điều khiển VGA 15 Hình 2.8: Sơ đồ thời gian quét theo phương ngang 16 Hình 2.9: Sơ đồ thời gian quét theo phương dọc 17 Hình 2.10: Dây cáp VGA 18 Hình 2.11: Sơ đồ chân của dây cáp VGA 18 Hình 2.12: Cách quét màn hình xen kẽ 21 Hình 2.13: Tóm tắt quy trình thiết kế Verilog 22 Hình 2.14: Các chế độ tín hiệu 23 Hình 2.15: Sơ đồ tổng quát của một chương trình thử (testbench) .25 YHình 3.1: Lưu đồ thuật toán màn hình VGA 26 Hình 3.2: Lưu đồ thuật toán bàn phím PS2 27 Hình 3.3: Sơ đồ khối hệ thống 28 Hình 3.4: Thiết lập giao diện Snake Game 29 Hình 3.5: Lưu đồ thuật toán Snake Game 29 Hình 3.6: Thiết kế giao diện Pong Game 30 Hình 3.7: Lưu đồ thuật toán Pong Game 31 Hình 3.8: Lưu đồ thuật toán chương trình chính 32 Hình 3.9: Gán chân trên Kit Altera DE2 - 115 34 Y Hình 4.1: Hệ thống điều khiển trò chơi 35 Hình 4.2: Mô phỏng Snake Game 36 Hình 4.3: Mô phỏng Pong Game 37 Hình 4.4: Màn hình VGA 38 Hình 4.5: Kết nối và điều khiển trên KIT 38 Hình 4.6: Giao diện khi bắt đầu Snake Game .39 Hình 4.7: Giao diện khi chơi Snake Game 40 Hình 4.8: Giao diện khi trò chơi kết thúc 40 Hình 4.9: Giao diện khi bắt đầu Pong Game 41 Hình 4.10: Giao diện khi chơi Pong Game 41 Hình 4.11: Bảng kiểm thử 43