基于 ws2812b 贪吃蛇游戏设计
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英特尔 FPGA 二十四期中级证书考试程序题设计
基于 ws2812b 的贪吃蛇游戏设计
作者：谢小林
基于 ws2812b 贪吃蛇游戏设计
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项目摘要
本设计时使用 C4MB 板卡，设计的一套基于 ws2812b 的贪吃蛇游戏系统设计，
贪吃蛇游戏系统是基于 Verilog HDL 设计语言的数字电路设计项目，通过硬件
实现经典手机游戏贪吃蛇。该项目主要包括以下几个模块：
游戏总控控制器：该模块是整个贪吃蛇游戏的核心，用于控制游戏的节奏和
流程。在该模块中，需要实现游戏逻辑、键盘输入检测以及显示屏输出等功能。
ws2812b 显示模块：该模块用于将游戏画面显示在 ws2812b 点阵上。在该模
块中，需要实现对于 ws2812 接口模块的设计，通过接口模块接收产生的 24bit
的游戏数据，24bit 游戏数据可以通过 ws2812b 8x8 点阵模块，显示贪蛇运行的
画面。
按键消抖模块：该模块用于检测玩家的按键输入，并将按键信号进行消抖处
理，传送给贪吃蛇模块，贪吃蛇模块通过按键的输入，控制蛇的正常移动和对于
游戏的控制。
基于 ws2812b 贪吃蛇游戏设计
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目录
英特尔 FPGA 二十四期中级证书考试程序题设计 ........................................................................1
基于 ws2812b 的贪吃蛇游戏设计 .................................................................................................... 1
第一章实验目的 ................................................................................................................................ 4
1.1 题目概述 .............................................................................................................................. 4
1.2 题目要求 .............................................................................................................................. 4
1.3 实验目的 .............................................................................................................................. 5
第二章实验原理 ................................................................................................................................ 6
2.1ws2812 ................................................................................................................................... 6
2.1.1ws2812 理论原理......................................................................................................6
2.1.2ws2812 硬件原理..................................................................................................... 7
2.2 按键消抖理论原理 .............................................................................................................. 9
第三章系统架构设计 ...................................................................................................................... 11
3.1 系统架构图 ........................................................................................................................ 11
3.2 系统划分 ............................................................................................................................ 11
3.2.1 按键消抖模块 ......................................................................................................... 11
3.2.2 游戏控制模块 ......................................................................................................... 12
3.2.3ws2812b 接口模块 .................................................................................................. 16
第四章系统框图及代码设计 .......................................................................................................... 18
4.1 系统模块框图 .................................................................................................................... 18
4.2 代码设计 ............................................................................................................................ 18
4.2.1 按键消抖代码设计 ................................................................................................. 18
4.2.2 游戏总控代码设计 ................................................................................................. 20
4.2.3ws2812b 接口模块设计 .......................................................................................... 31
第五章系统测试与仿真 .................................................................................................................. 34
5.1 按键消抖模块仿真 ............................................................................................................ 34
5.2 游戏总控模块仿真 ............................................................................................................ 35
5.3ws2812b 接口仿真..............................................................................................................39
总结 ...................................................................................................................................................41
基于 ws2812b 贪吃蛇游戏设计
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第一章实验目的
1.1 题目概述
在 ws2812 的矩阵灯阵列上，取一个作为蛇的初始位置和长度，另取一个点
作为食物的初始位置，在此设计中，蛇头用蓝色的点表示，蛇的身体采用红色的
点表示，食物则采用绿色的点进行表示，并且在此设计中还加入了障碍物，障碍
物用黄色的点表示，
游戏开始后，玩家可通过方向键来决定蛇的移动方向，若没有方向键按下，
蛇依然能够朝着原有方向前进，前进速率自拟。移动过程中，如果蛇吃到食物，
蛇的长度增加，并随机生成新的食物。
整个游戏至少能够显示以下几个游戏界面：游戏开始画面（静态显示动态显
示均可）、游戏玩耍界面以及游戏成功或失败界面
当蛇的长度超过设定值以后判定游戏成功（win），撞到自身判定游戏失败
（lose）。
1.2 题目要求
1.开始设计前，建议先仔细阅读 WS2812 芯片手册，搞清楚芯片工作原理（温
馨提示：在 WS2812 的亮度较高情况下会对眼睛造成一定损伤，可以在设计时将
WS2812 显示的亮度调低或使用纸张进行遮挡，降低对眼睛的伤害）。
2.需要详细说明设计思路以及算法实现思路，如贪吃蛇食物如何实现随机生
成的等。
3.需要画出完整且详细的模块结构图、模块之间的接口信号，建议遵循模块
化设计原则划分模块与接口，需要画出必要的时序图与状态转移图，如接口的时
序图、控制模块的状态转移图等。
4.完成各模块的代码设计与仿真，需要提供必要的 testbench 测试文件以
及仿真测试结果，完成工程板级验证，确认各项功能正确无误。
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5.设计完成后，需要撰写并提交工程设计文档，以文件夹的形式提供命名为
“xx 期+姓名+工程名”，内容包括但不限于：提交完整详细的工程设计方案报
告，包括：系统结构图、时序图、状态图等需要提供完整的仿真测试报告，包括：
仿真截图、测试结果，以及结论分析。提交完整的 FPGA 工程代码，包括工程源
代码、testbench 代码，录制 2 分钟小视频，展示上板测试效果，可以进行必要
的解说。
1.3 实验目的
1.完成游戏开始界面、玩耍界面、结束界面能正常切换，且达到预期显示效
果。
2.WS2812 能够正常显示蛇和随机食物的位置，且按键能够正常控制蛇的方向。
蛇吃到食物时，长度能正常增加，且新的食物能正常生成，蛇缠绕会判定失败，
达到指定长度会判定成功。
3.在完成上述 1 和 2 的基础上，可以增加游戏障碍，蛇在接触到障碍后会判
定失败。
