10 Implementacion Juego Tres en Linea FPGA

AGOSTO20103 ISSN1909-9142

ImplementacindeljuegotresenlneaempleandoFPGA*Freddy Alexnder Castillo Forero Nelson Galvis VillalobosDiego Alejandro Rincn Wilches Wlmer Javier Arias PezElkin Giovanni Chinome Andrs Esteban VelaCristian Camilo Bernal ArizaGeorge Michael Salcedo JimnezIvn Daro Bernal Nieto

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

*Grupo espacio acadmico Circuitos Digitales II quinto semestre.

ImplementacindeljuegotresenlneaempleandoFPGA

159


coningenio Grupo espacio acadmico Circuitos Digitales II Quinto Semestre

pp. 158-167

Implementationofthreeonlinegame

usingFPGA

The game three in line it is an enjoyable game, when one has the option of winning,

by the contrary in this version the game have a different way, achieving that the

machine always wins or tie whose procedure is explained attentively in this report.

KeyWords:Quartus,altera,Gate,Input,Output,compilator,project,file,simulation,assignment,pin.

Abstract

Resumen El juego tres en la lnea es un juego agradable, cuando se tiene la opcin de ganar, por el contrario en esta versin el juego tiene un camino diferente, alcanzando que

la mquina siempre gana o empata cuyo procedimiento es explicado con atencin

en este informe.

PalabrasClave:Quartus,altera,Gate,Input,Output,compilador,projecto,archivo,simulacin,asignacin,pin.


160


coningenioGrupo espacio acadmico Circuitos Digitales II Quinto Semestre

pp. 158-167

CINTRODUCCIN

Como se sabe, el juego tres en lnea que

para muchos pases se conoce con otro

nombre, es un juego de destreza mental de

grado fcil, ya que es un juego que se plan-

tea en una matriz de tres por tres por lo

cual su dificultad no es compleja, como el

caso del ajedrez o sudoku. Este juego con-

siste en ubicar tres caracteres iguales en

una posicin horizontal, vertical y/o diago-

nal, para ganar el juego.

Por lo tanto a lo largo de este informe se

plantea un diseo caracterstico del jue-

go tres en lnea, el cual consiste en que el

usuario no le podr ganar a la mquina.

OBJETIVOS

Disear y optimizar el juego tres en lnea

identificando todas las jugadas posibles

que el usuario pueda hacer para encontrar

una secuencia que lleve a la mquina a

empatar o ganar y as prevenir las posibles

jugadas del usuario que lleven a la mqui-

na a perder.

Visualizar el video juego en una VGA me-

diante el uso de un dispositivo (FPGA) que

contiene bloques de lgica cuya interco-

nexin y funcionalidad se puede progra-

mar, de un perifrico bidireccional (Tecla-

do) que realiza la interaccin con el sistema

permitiendo al usuario introducir datos.

MARCOTERICO

TRESENLNEAEl tres en lnea, tambin conocido como

tres en raya, es un juego de lpiz y papel

entre dos jugadores: O y X, que marcan los

espacios de un tablero de 33 alternada-

mente. Un jugador gana si consigue tener

una lnea de tres de sus smbolos: la lnea puede ser horizon-

tal, vertical o diagonal.

Esta partida la gana el primer jugador, X:

Esta partida termina en empate:

Los jugadores no tardan en descubrir que el juego perfecto ter-

mina en empate sin importar con qu juega el primer jugador.

La misma simplicidad del juego de tres en raya lo hacen ideal

como herramienta pedaggica para ensear los conceptos

de teora de juegos y la rama de inteligencia artificial que se

encarga de la bsqueda de rboles de juego. Por lo tanto se

puede escribir un programa informtico que juegue perfecta-

mente al tres en raya y que enumere las 765 posiciones esen-

cialmente distintas o las 26.830 partidas posibles (compleji-

dad del rbol de juego).

MINI-MAxyMQUINADEESTADOMini-max es un mtodo de decisin para minimizar la prdi-

da mxima esperada en juegos con adversario y con informa-

cin perfecta. Mini-max es un algoritmo recursivo.

El funcionamiento de Mini-max puede resumirse como elegir

el mejor movimiento suponiendo que el contrincante esco-

ger el peor.

Este mtodo nos permite realizar una secuencia basada en el

diseo de un rbol y as encontrar los caminos de alto ries-

go. Por lo tanto este diseo nos permite encontrar toda la se-

cuencia ganadora del juego a disear.

Las mquinas de estados se definen como un conjunto de es-

tados que sirve de intermediario en esta relacin de entradas

y salidas, haciendo que el historial de seales de entrada de-

termine, para cada instante, un estado para la mquina, de


161



pp. 158-167

forma tal que la salida depende nicamente del estado y las

entradas actuales.

ESPECIFICACIONES

Disear un sistema que garantice que la mquina siempre

gane o empate, demostrando que en cada jugada el sistema

tenga la capacidad de identificar la posicin de l y del juga-

dor y as realizar la jugada ms ptima para ganar.

El usuario siempre comenzar realizando la primera jugada

lo cual hace que el sistema reconozca el movimiento y as

responda adecuadamente.

Visualizar en la pantalla la forma fsica del tres en lnea y

mediante la interaccin del teclado dibujar las posiciones que

el usuario y el sistema asignan.

PROCEDIMIENTO

ALGORITMOTRESENLNEAEl algoritmo es la parte esencial para el desarrollo del jue-

go, con la cual se interpreta cada movimiento del jugador y

se responde de manera que se puedan optimizar las posibi-

lidades de ganar y de impedir que el usuario tenga alguna

posibilidad de conseguir una jugada con la cual pueda de-

rrotar la mquina.

El desarrollo de las posibilidades de las jugadas aumenta expo-

nencialmente a medida que avanza el juego, para esto decidi-

mos reducir las posibilidades del juego de la siguiente manera:

Generar rboles con las cuales se analiza cada posibili-

dad de juego que se pueda presentar, respondiendo a los

diferentes movimientos que el usuario realice de mane-

ra prctica, de tal forma que se puedan bloquear todas

las posibilidades de que el usuario gane y de facilitar las

oportunidades de victoria de la mquina.

En los rboles se observ un comportamiento de simetra

en el tablero del tres en lnea, ya que si se comienza a ana-

lizar las jugadas desde las esquinas (1,3,7,9) siempre sern

los mismos movimientos a si se empezar en una misma

esquina, lo mismo funciona para las casillas ubicadas en

los centros (2,4,6,8) y finalmente la ca-

silla del centro.

Despus de generar las posibilidades

de juego para cada ubicacin del table-

ro de tres en lnea, se analiza el table-

ro, de forma que con un solo rbol se

pueda responder a todas las dems ju-

gadas, esto es posible si se realiza una

rotacin ordenada del tablero del tres

en lnea, de manera que se ubique la

casilla de inicio de la jugada del usua-

rio, como la casilla de inicio de nues-

tro rbol, dado que este resuelve cada

jugada para tener como resultado una

victoria o un empate, nunca una de-

rrota. Este proceso se repite para cada

esquina, cada casilla del centro de las

filas y las columnas externas del ta-

blero, teniendo en cuenta que para la

casilla del centro utilizaremos un r-

bol independiente, despus de esto, se

procede a la programacin en VHDL,

esta programacin se realiza en ins-

tancias por aparte, de manera que se

pueda aplicar las tres programaciones

a un bloque que escoger el algoritmo

a utilizar y cul ser el valor a repre-

sentar en la VGA.

Al programar las tres instancias las

cuales son los tres rboles, estas re-

suelven las jugadas por medio de es-

tados presentes en cada posibilidad de

juego y as se generan unos bloques

que integran todos los comandos de

entrada y mediante las dems instan-

cias este resultado se entrega a la VGA.

Una de estas instancias es la encarga-

da de recibir las seales de entrada y

convertirlas segn la rotacin ordena-

da a nmeros que el rbol pueda solu-

cionar, en cada caso segn correspon-


162



pp. 158-167

da, estos nmeros sern tomados por

cada uno de los rboles y sern contes-

tados con la mejor jugada, con aquella

que no nos permita perder. Las salidas

de cada uno de los tres algoritmos tie-

ne que ser seleccionados por una ins-

tancia, que revertir la rotacin hecha

antes de entrar a los rboles para su

interpretacin y respuesta. Despus de

haber ingresado cada dato a los rboles y de haber sido

procesado se dise una instancia que segn el rbol que

estuviera habilitado escogera qu salidas deberan visua-

lizarse en VGA. En otras palabras en una misma instancia

se controlaran las salidas de los tres rboles, estas seran

entradas y daran una sola salida, que es la que se podr

visualizar luego de hacer el proceso inverso de la primera

rotacin, realizada para que se pudieran resolver en los

rboles programados.

DISEOJERRQUICO


163



pp. 158-167

CDIGOSDISEADOS(INSTANCIAS)

KEyBOARD

Permite la interaccin del usuario con el programa, el cual

funciona con un reloj de 25MHz y nos entrega una salida de

8 bits codificada en hexadecimal de acuerdo con la tecla que

se oprima.

DECODIFICADOR

Recibe una seal de 8 bits codificada en ASCII, el cual de-

codifica la seal para entregar cuatro salidas binarias, estas

representan el nmero de la casilla del juego tres en lnea.

(Por Ejemplo 01110011 => 0101 => 5).

CONTROLDEESTADOS

Lee cuatro entradas binarias las cuales

son controladas por el pulso del reloj y un

reset que devuelve un estado inicial. De

acuerdo con las entradas se entrega a la

salida un dato binario que activa el res-

pectivo Algoritmo.

DIVISORDERELOJDE25MHZy1HZ

Estas dos instancias dividen el perodo del

reloj de 50Mhz que se encuentra incluido

de la tarjeta FPGA para realizar correcta-

mente la sincronizacin de la VGA y Algo-

ritmos, respectivamente.


164



pp. 158-167

HABILITADOR

Recibe la seal de entrada generada por el tecla-

do y habilita las instancias de los rboles segn

la posicin en la que juega el usuario y su respec-

tiva transpuesta segn la casilla seleccionada.

CONVERSOR

Recibe las seales que entrega el habilitador y

el teclado (SCAN_CODE) para generar las rota-

ciones respectivas de acuerdo con las seales

de entrada y as entregar cuatro salidas binarias

que sean legibles para los rboles programados.

ALGORITMO5

Lee las cuatro salidas binarias que nos entrega el con-

versor y estas son controladas por el reloj de 1Hz, el

cual permite que el algoritmo pueda responder adecua-

damente y as ejecutar la secuencia de las jugadas que

realiza el usuario cuando comienza con la tecla cinco.

ALGORTIMO2


165



pp. 158-167





realiza el usuario cuando comienza con la tecla dos.

ALGORITMO7





realiza el usuario cuando comienza con la tecla siete.

DEMUx

Recibe las seales de los tres algoritmos y del ha-

bilitador e identifica la traspuesta que hay que

realizar para entregar los datos a la instancia de

VGA seleccionando las salidas del rbol activo que

est resolviendo.


166



pp. 158-167

VGA

Muestra la visualizacin del juego mqui-

na vs jugador, la cual funciona con una

frecuencia de 25 MHz para poder realizar

el sincronismo horizontal-vertical y as ver

los movimientos realizados en el transcur-

so del juego.

REPRESENTACINGRFICA

En este diagrama encontramos la representacin grfica del

juego tres en lnea, el cual mediante una matriz de tres por tres

se dibuja la posicin en la que el usuario juega, siendo el color

rojo la jugada por la mquina y el azul la jugada por el usuario.

CONCLUSIONES

Por medio del estudio de circuitos digitales podemos describir

comportamientos de sistemas reales tan complejos en su de-

sarrollo como lo es un juego que exige cierto nivel de destreza

mental y utilizando los conocimientos adquiridos presentar

una posible solucin e implementacin.

La implementacin de sistemas de anlisis como los algo-

ritmos Minimax y la heurstica son muy tiles para la iden-

tificacin de soluciones que permiten mejorar la visin de

la estructura temtica del programa, generando mejores

alternativas de respuesta, dando como resultado un siste-

ma solucin por medio de la aplicacin discreta o por dise-

o de jerarquas.

Es necesario tener en cuenta la distribucin de las partes que

componen el sistema con respecto a la jerarqua establecida,

pues esta permite tener una mejor manipulacin de rutas de

cada instancia, provocando una mejor eficiencia en el resul-

tado y optimizacin del circuito.

A travs de cada uno de los obstculos que se presentan en

el diseo y programacin de cierto sistema hay que apren-

der de ellos para que se conviertan en una fortaleza del sis-

tema y lograr un excelente desarrollo del programa o de la

solucin planteada.


coningenio

167

REFERENCIAS

1. Pedroni, Volnei A. Digital Electro-

nics and design with VHDL. Mor-

gan Kaufman Publishers. 2008

2. Mano, M. Morris y KIME., Charles

R. Fundamentos de diseo lgico y

de computadoras. Pearson Educa-

cin. Tercera edicin. 2005

3. Pedroni, Volnei A. Circuit Design

with VHDL. MIT press. 2004

4. Wakerly, John F. Diseo Digital

Principios y prcticas. Pearson

Educacin. 2001

5. Tocci, Ronald J y WIDMER., Neal.

Sistemas Digitales. Pearson Edu-

cacin. 2003

6. Vyemura, John P. Diseo de Sis-

temas Digitales. Internacional

Thomson editores, 2000

10 Implementacion Juego Tres en Linea FPGA

Documents

Transcript of 10 Implementacion Juego Tres en Linea FPGA