Règles du jeu

Le jeu comporte huit trous représentés par huit voyants lumineux. Lorsqu’une taupe passe la tête par l’un des trous, le voyant correspondant s’allume. Il ne peut y avoir qu’un voyant allumé à la fois.

En face de chaque voyant, un bouton-poussoir permet au joueur de frapper sur le trou correspondant. Le but du jeu est de frapper au moment où une taupe est présente.

Le comptage des points s’effectue de la manière suivante. Lorsque le joueur presse un bouton, deux cas peuvent se présenter :

• Si le voyant correspondant est allumé, la taupe est touchée. On ajoute un point au compteur de succès.
• Si le voyant correspondant est éteint, c’est un coup dans le vide. On ajoute un point au compteur d’erreurs.

Environnement de travail

Nous utiliserons un logiciel de saisie de schéma et de simulation de circuits logiques appelé Logisim-evolution. Ce logiciel est déjà présent sur les postes de travail de certaines salles de TP à l’ESEO. Pour l’exécuter, démarrez votre PC sous Ubuntu, ouvrez un terminal et saisissez la commande suivante :

java -jar /opt/logisim-evolution-3.3.0-all.jar

Si vous rencontrez des difficultés, ou si vous souhaitez travailler sur votre propre PC, vous pouvez l’installer vous-même en suivant les instructions ci-après.

Installation (facultative)

Logisim-evolution s’exécute sur la plate-forme Java, que vous devez installer au préalable. Si vous travaillez sous Linux, nous recommandons d’installer l’environnement d’exécution Java (JRE) en utilisant le gestionnaire de paquets de votre distribution : sous Ubuntu, installez simplement le paquet default-jre.

Logisim-evolution ne s’installe pas comme une application ordinaire. Il se présente comme un fichier jar que vous pouvez enregistrer à l’emplacement de votre choix.

• Télécharger Logisim-evolution 3.3

Sous Windows, vous pouvez exécuter Logisim-evolution en double-cliquant sur son icône dans un navigateur de fichiers.

Vous pouvez également l’exécuter en ligne de commande. Utilisez la commande cd pour vous déplacer dans le dossier contenant Logisim-evolution, puis :

java -jar logisim-evolution-3.3.3-all.jar

ou

java -jar logisim-generic-2.7.1.jar

Travail à effectuer

Dans cette activité, vous allez compléter un circuit de base que nous fournissons.

• Télécharger le schéma du circuit de base pour Logisim-evolution
• Télécharger le schéma du circuit de base pour Logisim 2.7

Ouvrez le fichier MoleBuster.circ avec Logisim-evolution.

Étape 0 : circuit de base

Le circuit se compose des éléments suivants :

• 8 LED numérotées L0 à L7.
• 8 boutons-poussoirs numérotés B0 à B7.
• Un décodeur qui active la LED numéro led_index lorsque enable vaut 1. Quand enable vaut 0, toutes les sorties du décodeur sont à 0.
• Un codeur de priorité, qui indique si un bouton est pressé (btn_pressed) et le numéro de ce bouton (btn_index). Si plusieurs boutons sont pressés en même temps, le codeur ne retient que le numéro le plus grand.

Dans le menu Simulation, vérifiez que l’option Simulation enclenchée est activée. Dans la barre d’outils, pressez le bouton «  ».

1. Cliquez sur le port enable pour activer le décodeur.
2. Cliquez sur le port led_index à plusieurs reprises pour modifier sa valeur. Observez l’effet sur l’allumage des LED L0 à L7.
3. Pressez les boutons B0 à B7. Observez l’effet sur les sorties btn_pressed et btn_index.

Étape 1 : allumer les voyants à tour de rôle

Dans la barre d’outils, pressez le bouton «  » pour revenir en mode édition.

Supprimez le port led_index et remplacez-le par un compteur modulo 8. Le principe de construction d’un tel compteur est expliqué dans la section Registres et compteurs.

Pour un compteur dont le modulo est une puissance de deux, sous Logisim-evolution, les composants suivants suffisent. Nous avons indiqué entre parenthèses la correspondance pour Logisim 2.7 lorsque ce n’est pas une traduction directe :

Simulation

Dans le menu Simulation :

1. Réglez la Fréquence des tics à 2 Hz. Notre horloge ayant 2 tics par période, elle aura donc une fréquence de 1 Hz.
2. Cochez l’option Tics activés.

Observez le fonctionnement du circuit. Lorsque l’entrée enable du décodeur est à 1, les voyants doivent s’allumer pendant une seconde à tour de rôle.

Dans le menu Simulation, décochez l’option Tics activés avant de passer à l’étape suivante.

Étape 2 : division de fréquence

Nous souhaitons laisser un peu de temps entre l’extinction d’une LED et l’allumage de la suivante. Nous allons travailler avec une horloge plus rapide pour mesurer le temps avec une plus grande précision.

Nous utiliserons une horloge de 8 Hz et nous ferons en sorte que chaque LED soit allumée pendant 8 périodes d’horloge (soit une seconde), puis éteinte pendant 2 périodes d’horloge (un quart de seconde). Il faut donc compter 10 périodes d’horloge par LED.

Dans la barre d’outils, pressez le bouton «  » pour revenir en mode édition.

Construisez un compteur modulo 10 en utilisant les composants suivants :

Réglez la largeur de données de ces composants pour qu’ils puissent traiter des valeurs comprises entre 0 et 9.

Votre circuit doit maintenant contenir deux compteurs, un compteur modulo 8 et un compteur modulo 10, avec la même horloge. Mettez en cascade ces deux compteurs : reliez l’entrée WE du registre led_index pour qu’il se mette à jour à chaque fois que timer vaut 9.

Pour terminer, supprimez le port enable et remplacez-le par un comparateur paramétré de la même manière que celui du compteur modulo 10. Faites en sorte que le décodeur soit activé quand timer est compris entre 0 et 7.

Simulation

Dans le menu Simulation :

1. Réglez la Fréquence des tics à 16 Hz. Notre horloge ayant 2 tics par période, elle aura donc une fréquence de 8 Hz.
2. Cochez l’option Tics activés.

Observez le comportement de l’allumage des LED.

Dans le menu Simulation, décochez l’option Tics activés avant de passer à l’étape suivante.

Étape 3 : détecter les succès et les coups manqués

Une taupe est touchée lorsque les trois conditions suivantes sont vérifiées simultanément :

• Une LED est allumée.
• Un bouton est pressé.
• Le numéro de la LED allumée est égal au numéro du bouton pressé.

Le joueur rate son coup lorsqu’il presse un bouton et que l’une des conditions suivantes est vérifiée :

• Aucune LED n’est allumée.
• Le numéro de la LED est différent de celui du bouton.

Dans la barre d’outils, pressez le bouton «  » pour revenir en mode édition.

Complétez le circuit en ajoutant deux LED. L’une s’allumera en cas de succès (hit), l’autre en cas d’échec (miss). Vous pourrez utiliser les composants suivants :

Essayez d’utiliser le plus petit nombre de portes possible.

Simulation

Dans le menu Simulation :

1. Réglez la Fréquence des tics à 16 Hz.
2. Cochez l’option Tics activés.

Pendant que les LED s’allument et s’éteignent à tour de rôle, pressez les boutons de manière à provoquer des succès et des échecs.

Vérifiez que les LED hit et miss s’allument de la manière attendue.

Dans le menu Simulation, décochez l’option Tics activés avant de passer à l’étape suivante.

Étape 4 : compter les succès et les coups manqués

Pour compter les scores, vous ajouterez au circuit deux compteurs modulo 16 : un pour compter les succès, l’autre pour compter les coups manqués. Ces compteurs se mettront à jour au passage à 1 des signaux hit et miss.

La détection synchrone du passage à 1 d’un signal x s’effectue en comparant deux versions, x1 et x2, de ce signal décalées dans le temps :

Sur ce chronogramme, lorsque x1=1 et x2=0, cela signifie que x vient de passer à 1. Cette situation est matérialisée par le passage à 1 du signal e pendant une période d’horloge.

Proposez un schéma permettant de produire le signal e ci-dessus à partir d’un signal x.

Dans Logisim-evolution, reproduisez ce schéma pour x=hit et pour x=miss de manière à piloter les entrées WE de deux compteurs modulo 16.

Utilisez des afficheurs 7 segments pour afficher les valeurs de ces compteurs.

À cette étape, les composants utilisables sont :

Simulation

Dans le menu Simulation :

1. Réglez la Fréquence des tics à 16 Hz.
2. Cochez l’option Tics activés.

Pendant que les LED s’allument et s’éteignent à tour de rôle, pressez les boutons de manière à provoquer des succès et des échecs.

Vérifiez que les afficheurs se mettent à jour de la manière attendue.

Dans le menu Simulation, décochez l’option Tics activés avant de passer à l’étape suivante.

Étape 5 : allumer les voyants dans un ordre pseudo-aléatoire

Pour rendre le jeu moins prévisible, nous allons remplacer le compteur led_index par un générateur de nombres pseudo-aléatoires sur le principe du registre à décalage à rétroaction linéaire (ou LFSR pour Linear Feedback Shift Register).

Supprimez l’additionneur en amont du registre led_index. Sans modifier le câblage de l’entrée WE et de la sortie du registre led_index, ajoutez le générateur de nombres pseudo-aléatoires représenté sur le schéma ci-dessous :

Les composants utilisés sont :

Simulation

Dans le menu Simulation :

1. Réglez la Fréquence des tics à 16 Hz.
2. Cochez l’option Tics activés.

Observez l’ordre d’allumage des LED.

Faites fonctionner le jeu et tentez d’obtenir 16 hits consécutifs.

Étape 6 : améliorations

Si le joueur est assez rapide, il peut presser le même bouton plusieurs fois pendant la durée où une LED est allumée. Proposez une solution pour ne mettre à jour les compteurs de score qu’une seule fois entre deux changements de led_index.

Actuellement, le jeu ne compte que les coups réussis et les coups manqués. Proposez une solution pour connaître le nombre de fois où un joueur n’a pressé aucun bouton pendant qu’une LED était allumée.

Pour terminer, proposez un circuit affichant un score global tenant compte du nombre de succès, du nombre de coups manqués et du nombre de fois où le joueur n’a pas pressé de bouton.