【正文】 單片機的乒乓游戲機設(shè)計。 基于單片機的乒乓游戲機設(shè)計 方案一是基于單片機的乒乓游戲機設(shè)計，結(jié)果用 LCD1602 顯示屏顯示。硬件設(shè)計包含單片機電路、模擬球臺電路、按鍵電路、顯示電路等電路的設(shè)計。基于單片機的乒乓游戲機 系統(tǒng)框圖如圖 所示。 時鐘電路設(shè)計：單片機可以看成是在時鐘驅(qū)動下的時序邏輯電路，即單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作。 復位電路設(shè)計：單片機的復位電路使系統(tǒng)的所有功能部件都處于一個確定的初始狀 態(tài)，防止單片機執(zhí)行錯誤操作、發(fā)出錯誤的指令等失誤。本設(shè)計采用手動按鈕復位方式進行復位。模擬球拍按鍵分為左右兩邊，左右各四個。 模擬球臺設(shè)計：包括譯碼電路設(shè)計和發(fā)光二極管設(shè)計。發(fā)光二極管設(shè)計：由單片機控制 74LS138 譯碼器， 74LS138 譯碼器譯碼控制 LED 點陣得點亮順序和相應(yīng)點亮時間。 軟件設(shè)計 主程序：對乒乓游戲機進行初始化，定時器設(shè)置，對 LED 點陣輸入數(shù)據(jù)等，延時掃描按鍵。包括暫停 /開始子程序，對系統(tǒng)進行暫停和開始。 線路程序：游戲發(fā)球有 8個線路選擇， AB 分別 4個線路選擇，共有 16 個回球線路，存在數(shù)組 b[16]中，包括 LED 點陣子程序，由單片機線路和 delay_1(t)控制74LS138 譯碼器， 74LS138 譯碼器譯碼控制 LED 點陣得點亮順序和相應(yīng)點亮時間。 顯示程序：顯示游戲比分，當 A或 B到達 11分時進入相應(yīng) win 子程序。因為學校具備專門的實驗箱，如果 采用方案二只需編程便可實現(xiàn)。 用 16 個發(fā)光二極管代表乒乓球，在游戲機的兩側(cè)各設(shè)置兩個開關(guān)，一個是發(fā)球開關(guān)，一個是擊球開關(guān)。當球過網(wǎng)后，按設(shè)計者規(guī)定的球位乙方就可以擊球。其系統(tǒng) 框圖如 所示。單片機設(shè)計屬于軟件范疇，它的硬件 即單片機芯片是固定的，通過軟件編程語言描述在硬件芯片上的執(zhí)行的軟件指令。 由上可知， FPGA 具有很多優(yōu)點，但是對本設(shè)計而言是大材小用，而且芯片造價較高，因此選用單片機完成本設(shè)計。本設(shè)計對芯片的要求不高，因此選用性價比高的單片機 STC89C51。其工作電壓要求低，工作頻率可達 48MHz。采用單片機完成設(shè)計，可利用 Proteus 繪制電路原理圖，用 Keil uVision4 進行編程，然后進行仿真調(diào)試，減少出錯。 綜上所述，采用方案一完成乒乓游戲機的設(shè)計。 STC89C51 與其它 51 單片機比較，具有成本低，性能好的優(yōu)點 ,并且其具 有在線編程功能，可以直接將程序燒錄到芯片中，不需要對硬件進行修改。 單片機 STC89C51簡介 單片機 STC89C51 是宏晶科技推出的超強抗干擾 /低功耗的單片機，指令代碼與引腳結(jié)構(gòu)完全兼容傳統(tǒng)的 8051 單片機。 STC89C51 的芯片擦除特性：整個 PEROM 陣列與三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳低電平 10ms 來完成。 STC89C51 芯片及其引腳如圖 所示。下面對所需端口進行介紹及分配： 乒乓游戲機設(shè)計 7 P0口（ 39～ 32 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P0 口。當 P0口的管腳第一次寫“ 1”時，被定義為高阻輸入。在 Flash 編程時， P0口用作原碼輸入口。 P1口（ 1～ 8腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P1 口 .P1 口為 準雙向口， P1 口緩沖器能接收四個 TTL門電流。 P1 口被外部下拉為低電平時，因為內(nèi)部上拉，將輸出電流。 P2口（ 21～ 28 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P2 口。當 P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。當 P2口用于外部程序存儲器或十六位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出高八位地址。 P2口在 Flash 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P2口為準，雙向口可接收 /輸出四個 TTL 門電流。當外部下拉為低電平，因為上拉的緣故， P3 口將輸出電流。 表 P3 口的第二功能 RST：復位輸入。 XTAL1：反向放大器的輸入、內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 本設(shè)計中， STC89C51 單片機的管腳如下分配： ～ 口用作按鍵輸入口，接上拉電阻； ～ 口作為暫停、開始按鍵輸入口； ～ 作為 LCD 顯示屏輸入口； 作為發(fā)球權(quán)指示燈， 作為暫停指示燈控制口； ～ 作為譯碼器信號輸入口控制發(fā)光二極管； ～ 作為 LCD 顯示屏的控制端； RST 引腳為復位電路輸入口； XTAL XTAL2 分別作為片內(nèi)振蕩器的輸入和輸出。設(shè)計通過固定三端穩(wěn)壓集器，輸出使單片機工作的 +5V 電壓。兩個系列的固定三端穩(wěn)壓器，輸出電壓有 5V、 6V、 9V、 12V、 15V、 18V、 24V 等規(guī)格，最大輸出電流為 。 7805 的參數(shù)為：在 25℃ ，輸入電壓為 ～ 20V 時，輸出電壓為 ～ 。固 定三端穩(wěn)壓器 7805 的 1 腳為輸入端， 2腳為接地端，三腳為輸出端。 圖 芯片 7805 及其引腳圖 乒乓游戲機設(shè)計 9 時鐘電路的設(shè)計 單片機，可以認為是在時鐘驅(qū)動下的時序邏輯電路，即單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能夠工作。在單片機內(nèi)部含時鐘振蕩電路，外部一個振蕩源產(chǎn)生是送到單片機內(nèi)部，決定單片機的工作速度。選用的元器件為一個 12MHz 的石 英晶體振蕩器，兩個 30pF 的電容。電路中的電容作用有兩個：一是對振蕩器的頻率進行微調(diào)，二是幫助振蕩器起振。時鐘電路設(shè)計如圖 所示。對該引腳程序 4個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復位，復位后單片機都恢復到初始化狀態(tài)。當按下按鍵時，電源經(jīng)電阻 R R2分壓，在復位管腳產(chǎn)生一個復位高電平，此時單片機處于復位狀態(tài)。該電路使用了按鍵一個， 10uF 的電容一個， 10KΩ和 1kΩ的電阻各一個。 西南石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 復位電路設(shè)計圖 按鍵電路的設(shè)計 按鍵是一種常見的控制電器元件，常用來接通或斷開控制電路，從而達到控制電路的一種開關(guān)。當按下按鍵時， 1 引腳和 2 引腳連通， 3引腳和 4引腳連通， 2引腳和 3引腳連通， 1 引腳和 4 引腳連通。 圖 按鍵及其引腳圖 乒乓游戲機的按鍵電路包含兩個按鍵組，一個是模擬球拍按鍵電路，一個是暫停/開始和復位按鍵電路。這四個按鍵其中三個是對 LED點陣線路的操作，一個是進行加速；暫停 /開始和復位按鍵是在運行任一程序時，對游戲機進行暫?；蜷_始或復位。當發(fā)光二極管亮時，按下按鍵進行控制。模擬球拍按鍵電路設(shè)計圖如 所示。復位按鍵與單片機復位端口相連。 圖 暫停和開始按鍵電路設(shè)計圖 模擬球臺電路的設(shè)計 模擬球臺電路設(shè)計包括譯碼電路設(shè)計和發(fā)光二極管設(shè)計。譯碼器 74LS138 的輸入電壓范圍為 +～ +5V。 74LS138 為 38線譯碼器，其中 LS指采用低功耗肖特基電路。此外，還設(shè)置了 E E2 和 E3三個使能輸入端，為電路功能的擴展提供方便。 表 譯碼器 74LS138 管腳功能 管 腳 功能 VCC 電源正 GND 地 E1 選通端 E2 /E3 選通端（低電平有效） A0～ A3 地址輸入端 Y0～ Y7: 輸出端（低電平有效） 74LS138 譯碼器的工作原理為： 當一個選通端（ E1）為高電平，另兩個選通端 (E2)和 (E3)為低電平時，可將地址端（ A0、 A A2）的 二進制編碼 在 對應(yīng)的輸出端以低電平譯出 。 圖 74LS138 的引腳圖 74LS138 的功能真值表如表 所示。這種電子元件在 1962年出現(xiàn)， 由鎵（ Ga）與砷（ As）、磷（ P）的化合物組成的二極管，電子與空穴復合時能輻射出可見光。發(fā)光二極管具有單向?qū)ㄐ?，即發(fā)光二極管只能往一個方向通電，這種特性叫做正向偏置（正向偏壓）。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導體和 N 型半導體組成的晶片，在 P 型半導體和 N型半導體之間有一個過渡層，稱為 PN結(jié)。發(fā)光二極管的兩根引線較長的一根是正極，需接電源正極。 西南石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 發(fā)光二極管及其構(gòu)造 模擬球拍電路的設(shè)計 單片機 ～ 控制兩個譯碼器的 A,B,C 端， 和 分別控制兩個譯碼器的 E1 端，且 E E3 兩個端口接地。其電路圖如圖 所示。 乒乓游戲機設(shè)計 15 LCD1602 簡介 乒乓游戲機顯示電路設(shè)計采用 LCD1602 顯示屏。它是專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。 表 LCD1602 的管腳功能表 管腳 功能 VSS 電源地 VCC 接 5V 電源電極 V0(VEE) 液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源對比度最弱，接地電源最高 RS 寄存器選擇。高電平時讀取信息，低電平時進行寫操作 E(EN) 使能端。 圖 LCD1602 及其引腳圖 西南石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 顯示電路的設(shè)計 此設(shè)計中的顯示模塊采用 LCD 來顯示乒乓游戲機的 AB隊比分。 LCD1602 的 RS、 RW、 E分別與單片機中的 、 、 相連，用于寫 入控制。 圖 顯示電路設(shè)計圖 乒乓游戲機總電路的設(shè)計 本設(shè)計采用 Proteus 繪制電路設(shè)計仿真圖，乒乓游戲機的硬件設(shè)計包括單片機電路、譯碼電路、發(fā)光二極管電路、按鍵電路、顯示電路等電路的設(shè)計。 圖 總電路設(shè)計圖 乒乓游戲機設(shè)計 17 乒乓游戲機的硬件包括單片機電路、譯碼電路、發(fā)光二極管電路、按鍵電路、顯示電路等電路。 西南石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 4 乒乓游戲機的軟件設(shè)計及編程 本系統(tǒng)的軟件主要采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，具體的程序有主程序、按鍵組程序（球拍模擬和暫停 /開始子程序）、發(fā)球程序、線路程序（包括線路選擇和 LED 點陣子程序）、回球程序、 LCD 顯示程序。 圖 系統(tǒng)流程圖 開 始 主程序 是 B 發(fā)球 初始化 發(fā)球指示燈 是否點亮 否 A發(fā)球 AB 回球是否成功 A失敗 B加 1分 B失敗 A加 1分 得分 11 結(jié) 束 是 否 顯示程序 回球程序 線路程序 否 是 否 乒乓游戲機設(shè)計 19 通過程序?qū)崿F(xiàn)的功能為：在主程序進入初始化， LCD 屏的清零，及初始化顯示設(shè)置；然后進入發(fā)球程序，綠色指示燈亮起時， B 得到球權(quán)，否則 A 得到球權(quán)；當發(fā)球成功后，進入線路模塊，在不同的情況進入相應(yīng)的線路，依據(jù)線路的選擇依次點亮線路所包含的 LED 燈；而后進入回球程序，回球成功繼續(xù)進入線路程序，回球失敗，對手分數(shù)加 1，并進入 LCD 顯示程序；當 AB 隊 任一隊 11 分后進入相應(yīng) win 子程序。 主程序的設(shè)計及功能實現(xiàn) 主程序的功能是進行初始化工作，并控制“乒乓球”游戲的開始。游戲開始時，程序控制顯示上行 A:0。 void main() { write_(0x01)。//LED 點陣全部熄滅 fuwei()。 EX0=1。 ET0=1。 IT1=1。 TH0=(6553650000)/256。 TR0=1。 //跳轉(zhuǎn)到發(fā)球程序 while(1)//循環(huán)掃描并點亮相應(yīng) LED { int t=1000+w*1000。 delay_1(t)。//線路控制程序 } } 按鍵組的設(shè)計及功能實現(xiàn) 此程序貫穿了整個系統(tǒng)框圖中，包括球拍模擬子程序和暫停 /開始子程序。 圖 按鍵組流程圖 暫停 /開始子程序 當暫停鍵被按下后，程序進入中斷，暫停燈亮起，當按下開始按鍵時，程序繼續(xù)。 圖 暫停 /開始程序流程圖 發(fā)球程序的設(shè)計及功能實現(xiàn) 綠色指示燈亮起時， B得到發(fā)球球權(quán)，否則 A得到發(fā)球球權(quán)。//球速控制變量 按下按鍵 回球程序 對方分數(shù)加 1 是 是否成功 否 是否暫停 繼續(xù)游戲 繼續(xù)暫停 是否解除 暫停 回到游戲 否 否 是 是 定時程序 乒乓游戲機設(shè)計 21 v=0。 f=0。 if(f2)//當 f小于 2時 A得到球權(quán) Ajiqiu()。 } 線路程序的設(shè)計及功能實現(xiàn) 線路程序包括線路選擇子程序和 LED 點陣子程序。回球總的線路有 16個，存在數(shù)組 b[16]中。m=m%256。m=m%16。amp。m=1。 { P2=0。 else if(n=8)