【正文】 ........... 36 IV 4 產(chǎn)品功能說明與系統(tǒng)性能測試 ................................................. 37 產(chǎn)品功能說明 .......................................................... 37 系統(tǒng)性能測試 .......................................................... 38 5 結(jié)束語 ..................................................................... 38 參考文獻 ..................................................................... 40 致 謝 基于單片機的俄羅斯方塊游戲設(shè)計 6 1 緒 論 課題背景 如今， 計算機系統(tǒng)的發(fā)展已明顯地朝三個方 向發(fā)展 ， 這三個方向就是：巨型化，單片 化 ，網(wǎng)絡(luò)化。單片機在出現(xiàn)時 Intel 公司就給其單片機取名為嵌入式微控制器 [4]。這一點是巨型機和網(wǎng)絡(luò)不可能做到的。 同時，俄羅斯方塊是一款風(fēng)靡全球的電視游 戲機和掌上游戲機游戲，目前在 網(wǎng)絡(luò)單機 游戲 和 kele8 等上都有它的身影。 因此， 對 它 的研究，無論從技術(shù)上，還是社會意義上看都是很有價值的。此次設(shè)計僅僅是為了舉一個單片機在游戲應(yīng)用方面的簡單例子，它可以很好的說明單片 機 功能的強大， 體現(xiàn)其 更高的可控性和 高 集成度的好處，因此它可以在電子游戲方面成為一個不可計量的明日之星。主要研究內(nèi)容 是實現(xiàn) 智能俄羅斯方塊游戲系統(tǒng)軟硬 件 平臺的搭建 ；本系統(tǒng)以 8051微處理器為核心來運行 RTX51 Tiny 多任務(wù)實時操作系統(tǒng)，利用 KEIL C51 開發(fā) 工具 進行軟件開發(fā) ，通過 LCD12864 液晶屏顯示游戲界面。 在俄羅斯方塊游戲系統(tǒng) 開發(fā)過程中 ， 本文作者首先進行硬件平臺的搭建，包括單片機最小系統(tǒng)的搭建、電源系統(tǒng)的搭建、串口下載器的設(shè)計、游戲手柄的設(shè)計、音效播放模塊的設(shè)計以及 LCD 液晶顯示接口的設(shè)計。最后，從硬件和軟件兩方面對完成的 智能 俄羅斯方塊游戲系統(tǒng)進行調(diào)試及運行試賀州學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 驗。 前兩種屬于高端游機，性能優(yōu)越，但成本高， 而且計算機編程已不是新命題， VB、VC、 Delphi 版本的俄羅斯方塊游戲都有發(fā)布 [9]。 綜上，國內(nèi)外的研究多著重于游戲數(shù)學(xué)原理的討論，也有部分 文 獻涉 及游戲的具體實現(xiàn)，但多是在 Windows 操作系統(tǒng)下實現(xiàn)的，在單片機平臺下的開發(fā)俄羅斯方塊游戲鮮少有文獻刊載。曾經(jīng) 80 年代 非常流行的掌上游戲機便是單片機在電子玩具中的應(yīng)用 之一 ，其中的俄羅斯方塊游戲 現(xiàn)已 被我們所熟知。其 主要 目標(biāo)是 再現(xiàn)經(jīng)典的俄羅斯方塊游戲，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)雙人 單機對戰(zhàn) 游戲 模式 ，以豐富產(chǎn)品功能 ，增強游戲的趣味性。 用戶程序空間為 60KB，片上集成 1280 字節(jié) RAM，具有 EEPROM 功能，能夠額外儲蓄 1KB 的數(shù)據(jù)。 此外， STC12C5A60S2 內(nèi)部 還 集成 MAX810 專用復(fù)位電路， 2 路 PWM，8 路高速度 10位 A/D 轉(zhuǎn)換（ 250K/S），針對電機控制，強干擾場地合。 STC12C5A60S2 最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)主要由電源、 振蕩 、 復(fù)位 電路以及擴展電路等部分組成。因此， 本設(shè)計的最小系統(tǒng)如圖 21所示。 具體電路 如圖 22所示 。 [4] 晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。 如圖 23 所示即為本設(shè)計 的振蕩電路。通常因為系統(tǒng)運行等需要，常常需要人工復(fù)位， 本設(shè)計采用 按鈕復(fù)位的方式，即按下開關(guān)一定時間就能使RTS 引腳端 為高電平，從而使單片機復(fù)位。在 STC12C5A60S2 單片機中有兩個復(fù)位端口，即 RST/、 RST2/，當(dāng)晶振頻率小于或 等于 12MHz 時，使用 RST 端口。 R11KR24. 7K+C122 U FS1S W P B+5R S T 圖 24 復(fù)位系統(tǒng) Fig 24 Rest System 程序下載系統(tǒng) 單片機系統(tǒng)的傳統(tǒng) 編程方式是 先 將單 片機從電路板上取下，放入專用的編程器進行編程，再放入電路板進行調(diào)試。 ISP（在線系統(tǒng)編程）技術(shù)是一種無需將存儲芯片從嵌入式設(shè)備上取出就能對其進行編程的過程。在線 系統(tǒng) 可編程是 Flash 存儲器的固有特性（通常無需額外電路）， Flash 幾乎都采用這種方式編程。對于 8051 系列 單片機 來講可通過 SPI 接口或其它的串行接口接收上位機傳來的數(shù)據(jù)并寫入存儲器中 。 8051 系列單 片 機帶有一個全雙工的串行接口，因此用RS232 串行接口 總線非常方便。所以 8051 單片機與 PC機間點對點異步通信需加電平轉(zhuǎn)換電路，否則將燒壞 TTL 電路。因此，本設(shè)計 采用直連串口線進行串口通信，其中 STC12C5A60S2 的 P3^0/RXD 和 P3^1/TXD 分別和下載器的第 10 管腳 /T和第 9 管腳 /R相連，串口線的 第 5 管腳接地， 3管腳和下載器的 8 管腳相連。 賀州學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 1122334455667788991010111112121313141415151616u1M A X 2 32+C11u f+C21u f+C31u f+C41u f+C51u fV C CV C C12 J1R X D1 2J2T X D1 2J3212J43123456789c u a nC O N 912V C C+512G N DV C C 圖 25 程序下載系統(tǒng) Fig 25 Program Download System 音樂播放系統(tǒng) 在 本設(shè)計中 ， 音樂播放系統(tǒng)是通過三極管驅(qū)動 有源蜂鳴器發(fā)聲，而具體的音符聲調(diào)則由程序控制。具體接法為有源蜂鳴器正極直接接 +5V 電源，負極與三極管 8050 的發(fā)射極相連， 8050 的集電極直接接地，其基極串一個 1K 的電阻連接到 STC12C5A60S2 單片機的 P2^0 端口。 Q18 5 5 0R1R E S 2U1B E L LV C CP 2 ^ 0 圖片 26 音樂播放系統(tǒng) Fig 26 Music Player System LCD 液晶 顯示 接口電路 液晶顯示屏是整個系統(tǒng)硬件的重要組成部分，擔(dān)當(dāng)著人機交互的重要角色。它是一塊128*64 點陣的 LCD 顯示模組，模組上的 LCM 采用 COG 技術(shù)將控制（包括顯存）、驅(qū)動器集成在 LCM 的玻璃上，接口簡單、操作方便。 其外部接口分為電源端口、數(shù)據(jù)端口和命令端口三部分組成。具體硬件電路如圖 27所示。它包括主控制器和輔助控制器。副 控制器則包括五個按鍵，分別為：旋轉(zhuǎn) /確定、向左 /返回上級菜、向右 /下一個、快速下降、使用道具。如圖 28所示為主控制器的接線圖。 賀州學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 13 S1S W P BS2S W P BS3S W P BS4S W P BS5S W P BS6S W P BS7S W P B12J1di a ny ua n12J3di a ny ua n1 2 3 4 5 6 7J2C O N 7V C CR11kR21kR31kR41kR51kR61kR71k 圖片 28 控制模塊接口 Fig 28 Control Interface 3 系統(tǒng)軟件平臺構(gòu)建 μ Vision 簡介 μVision 是德國 Keil 公司開發(fā)的單片機 IDE 軟件，最初主要用于 8051 系列單片機，目前也有支 ARM系列單片機 的專用版本 MDKARM。 LCD12864 液晶屏 顯示 原理 LCD 模塊總線選擇及時序 MzL02D 模塊提供了兩個 LCM 的引腳（ C86 和 PS 引腳）供用戶選擇模塊的接口類型，分別可以選擇 6800 并行總線、 8080 并行總線或者 SPI 串行接口。 在此種接口模式下， WR 線為讀寫控制信號線，當(dāng) WR 為高電平時為讀狀態(tài)， WR為低 電來時為寫入狀態(tài)。 基于單片機的俄羅斯方塊游戲設(shè)計 14 圖 31 6800總線時序 Fig 31 6800 Bus Timing LCD 顯示 RAM 區(qū)映射 概 況 驅(qū)動控制芯片的顯示 RAM 區(qū)中，每個 byte 的數(shù)據(jù)對 應(yīng)屏上的點的排列方式為：縱向排列，低位 在上高位在 下；如圖 32所 示。而顯示器的顯示點陣大小為 64*128 點，所以實際上在液晶顯示模塊中有用的顯示 RAM 區(qū)為 64*128 個位；按 byte 為單位劃分，共分為 8個Page,每個 Page 為 8 行，而每一行為 128 個位。 圖 32 字節(jié)數(shù)據(jù)排列情況 Fig 32 Byte data arrangement 賀州學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 MzL02D12864 液晶 顯示模塊的顯示屏上的每一個點都對應(yīng)有控制器片內(nèi)的顯示緩存 RAM 中的一個 bit，顯示屏上 64*128 個點分別對應(yīng)著顯示 RAM 的 8 個 Page，每一個 Page 有 128 個 byte 的空間 。 用戶如要點亮 LCD 屏上的某一個點時，實際上就是對該點所對應(yīng)的顯示 RAM區(qū)中的某一個位進行置 1 操作，所以就要確定該點所處的行地址、列地址?？梢愿鶕?jù)這樣的關(guān)系在程序中控制 LCD 顯示屏的顯示。目前有很多 MCU 都把總線 密 封起來 了，都沒有引出外部總線；所以通常在用 MCU 控制 LCD 模塊時，時常會選擇直接控制的方式，即利用端口來模擬總線時序；當(dāng)然了，如果本身就有總線而且也與 LCD 模塊的總線配得上的話，肯定會使用總線連接的間控方式。 本設(shè)計的 LCD12864 模塊中，用戶程序?qū)ζ溥M行顯示 控制時，無非就是通過對 LCD 模塊內(nèi)部的驅(qū)動控制器當(dāng)中的寄存器進行設(shè)置操作；最常用的如 LCD 的顯示開 /關(guān)、操作顯存地址（行與列地址）的設(shè)置等。 LCD 驅(qū)動程序架構(gòu) LCD12864 驅(qū)動程序 主要 由 LCD 底層驅(qū)動和 LCD 功能函數(shù)兩 部分 組成。具體框架如圖 33所示。每當(dāng)屏幕的一整行被方塊排滿時，作為獎賞，整行從屏幕上 消 失，剩余的 方塊 依次往下降一行。本設(shè)計中游戲主要的功能點包括： (1) 每 4個小方塊可以組合成一組方塊群，游戲共有 7種方塊群，每次隨機產(chǎn)生一種 。在主控制手柄上還有退出、暫停按鈕，可以實現(xiàn)隨 時切換到 啟 動時的 狀態(tài)和暫停游戲的功能。 (3) 單人模式下，玩家使用主控制器進行操作。在單人模式下，如果積分超過系統(tǒng)記錄的最高積分，系統(tǒng)將更新最高積分。本游戲系統(tǒng)規(guī)定，雙人對戰(zhàn)游戲中積分可分為兩個階段。雙方先達到第二階段末尾者，即可取勝。當(dāng)玩家一次性消去三行，就能獲得一次道具功能，最多一次性累積 2個道具。這樣不僅豐富了俄羅斯方塊游戲的功能，而且使其更具趣味性。然后，系統(tǒng)提供三個 功能選項，即最高積分、游戲設(shè)置、開始游戲。 一級菜單包括“模式選擇”和“音效選擇”?！澳Ｊ竭x擇” 菜單 包含的二級子菜單有“單人模式”和“雙人模式”。 “最高積分” 菜單 選項為玩家提供單人模式下系統(tǒng)記憶的最高積分。 菜單選項界面框架如圖 34所示。 在啟動單人模式后，菜單功能界面框架 最高積分 游戲設(shè)置 開始游戲 模式選擇 音效選擇 單人模式 雙人模式 開音效 關(guān)音效 基于單片機的俄羅斯方塊游戲設(shè)計 18 LCD12864 顯示屏分成兩屏，左半屏為俄羅斯方塊游戲地圖 —— map 區(qū)，右半屏為俄羅斯方塊圖形預(yù)覽區(qū)和實時積分顯示區(qū)。 圖 35 單人模式界面結(jié)構(gòu)框架 Fig 35 The singleplayer game interface architecture 其次，如果玩家啟動的是雙人模式， LCD12864 顯示屏也分為兩屏，左屏由主控器操作，稱為 map1 區(qū)，右屏由副控制器操作，稱為 map2 區(qū)。其 結(jié)構(gòu) 框架如圖 36 所示。 啟動單人模式 左半屏 圖形預(yù)覽 游戲 map 區(qū) 右半屏 積分顯示 雙人模式 雙方積分進度條 雙方道具使用情況 積分和道具區(qū) Map2 區(qū) map1 區(qū) 賀州學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 19 圖 37 開機界面功能框架 Fig 37 Boot interface function frame 游戲系統(tǒng)“枚舉算法”概述 本