基于51單片機(jī)的貪吃蛇游戲設(shè)計(jì)

表明了我國(guó)的單片機(jī)應(yīng)用真正得走上了正規(guī)。

至今單片機(jī)在我國(guó)已經(jīng)走過了19個(gè)年頭，雖然時(shí)間不算長(zhǎng)，但發(fā)展是很快的。從對(duì)單片機(jī)一無所知,到能獨(dú)立設(shè)計(jì)、自行生產(chǎn)和批量應(yīng)用,這是一個(gè)巨大的飛躍。

而在國(guó)外，Motorola是世界上最大的單片機(jī)廠商,品種全,選擇余地大,新產(chǎn)品多,在8位機(jī)方面有68HC05和升級(jí)產(chǎn)品68HC08,68HC05有30多個(gè)系列200多個(gè)品種,產(chǎn)量超過20億片，8位增強(qiáng)型的單片機(jī)68HC11也有30多個(gè)類型,年產(chǎn)量在1億片以上,升級(jí)的單片機(jī)產(chǎn)品有68HC12，16位單片機(jī)68HC16也擁有十多個(gè)品種.32的位單片機(jī)683xx系列也有幾十個(gè)品種.近年來以PowerPC, Cod fire, M.CORE等作為 CPU,用 DSP 作為輔助模塊集成的單片機(jī)也紛紛推出,目前仍是單片機(jī)的首選品牌Motorola單片機(jī)特點(diǎn)之一是在同樣的速度下所用的時(shí)鐘較Intel 類單片機(jī)低的多因而使得高頻噪聲低,抗干擾能力強(qiáng),更適合用于工控領(lǐng)域以及惡劣環(huán)境.Motorola 8 位單片機(jī)過去策略是掩膜為主,最近推出OTP計(jì)劃以適應(yīng)單片機(jī)的發(fā)展,在32位機(jī)上,M.CORE在性能和功耗上都勝過 ARM7。

1.3 本課題的發(fā)展趨勢(shì)

雖然目前市面上擁有各式各樣的游戲，但是作為比較經(jīng)典的一塊游戲，貪吃蛇的市場(chǎng)價(jià)值還是相當(dāng)大的。原因在于它雖然簡(jiǎn)單,但是很具有誘惑力，能夠讓人愛不釋手。隨著的進(jìn)行，游戲的速度也在不斷加快,能夠給人越來越刺激的感受。另外，這款游戲適合的人群范圍非常廣，大到70、80歲的老人，小到幾歲的小孩都可以玩。這款游戲的優(yōu)勢(shì)在于它簡(jiǎn)單易攜帶，操作性強(qiáng)，無論是手機(jī),還是小的游戲機(jī),都能夠很順利的運(yùn)行。而對(duì)于經(jīng)常在外忙碌的人來說,花費(fèi)大量時(shí)間在游戲、娛樂上幾乎是不可能的,大型游戲?qū)λ麄兪切胁煌ǖ?那么像貪吃蛇這樣簡(jiǎn)單易行的小游戲恰好符合他們的需求。

1.4本課題的研究?jī)?nèi)容和達(dá)到的要求

本次設(shè)計(jì)主要研究的內(nèi)容是通過按鍵輸入信息到控制器單片機(jī)，再由單片機(jī)控制后面的電路，從而使顯示屏顯示我們需要顯示的游戲界面。需要達(dá)到的設(shè)計(jì)要求是：

①改變貪吃蛇運(yùn)動(dòng)方向的設(shè)計(jì)；

②貪吃蛇吃到食物后，自身的變化設(shè)計(jì)；

③食物隨機(jī)產(chǎn)生設(shè)計(jì)；

④游戲成績(jī)的記錄設(shè)計(jì)。

2? 方案分析與選擇

2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示，圖中控制器（AT89C52）位整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，輸入模塊和顯示模塊用來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能，其中，通過鍵盤輸入將需要設(shè)置的參數(shù)和狀態(tài)輸入到單片機(jī)中，并且通過控制器顯示到顯示器上。主要硬件包括STC89C52RC單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、鍵盤、LCD12864液晶顯示屏、蜂鳴器。

圖2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2.2顯示器模塊設(shè)計(jì)方案

由于本次設(shè)計(jì)的是貪吃蛇小游戲，所以必須要將游戲界面呈現(xiàn)出來，那么，具體使用那種顯示器呢？以下給出了三種方案：

方案一：使用七段數(shù)碼管（LED）顯示。雖然數(shù)碼管具有亮度高、工作電壓低、易于集成、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、耐沖擊且性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，并且它可采用BCD編碼顯示數(shù)字，編程容易，硬件電路調(diào)試簡(jiǎn)單，但是用于顯示，太消耗系統(tǒng)性能，而且不能顯示文字等更多的提示信息，所以不宜選用。

方案二：使用LCD1602：通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，通電就會(huì)顯示，比較方便，LCD1602具有顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、成本低、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，但通常用于顯示字母和數(shù)字，不能顯示游戲界面，故不采納。

方案三：使用LCD12864：相比起LCD1602來說，LCD12864功能更加強(qiáng)大，帶有漢字庫(kù)，可以顯示漢字和圖形，而且屏幕分辨率較高，用于游戲界面顯示比較好。

綜上三種方案，在本次系統(tǒng)中，我們采用LCD12864液晶顯示屏。

2.3 按鍵輸入模塊設(shè)計(jì)方案

在系統(tǒng)中，我們需要通過按鍵來實(shí)現(xiàn)改變貪吃蛇的運(yùn)動(dòng)方向，以及菜單項(xiàng)的選擇。那么，鍵盤就是整個(gè)系統(tǒng)中不可缺少的一部分。具體有以下兩種方案以供選擇：

方案一：矩陣式鍵盤，這種鍵盤I/O口利用率高，但電路連接復(fù)雜，軟件編

程也比較復(fù)雜，適用于需要大量使用案件的系統(tǒng)。

方案二：獨(dú)立式鍵盤，這種鍵盤每個(gè)按鍵之間是相互獨(dú)立的，每個(gè)按鍵占用一條I/O線，當(dāng)按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口利用率不高，但程序編寫簡(jiǎn)單，適用于所需按鍵較少的場(chǎng)合。

根據(jù)以上兩種方案的描述，再結(jié)合我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，顯而易見，我們需要獨(dú)立式鍵盤，所以，這里我們選擇方案一。

2.4 本課題的技術(shù)指標(biāo)

①電源電壓 ≥ 5.0V

②緩沖時(shí)間 ≤0.1s

2.5 本課題的創(chuàng)新

本次設(shè)計(jì)采用51單片機(jī)作為控制器，在傳統(tǒng)貪吃蛇游戲的基礎(chǔ)上，采用LCD12864作為游戲顯示界面，不僅能實(shí)現(xiàn)貪吃蛇游戲的接本操作，而且操作空間更大，可行性更高。

3? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1單片機(jī)的選擇與其性能分析

3.1.1 單片機(jī)概述

單片機(jī)是一種集成電路芯片，它是一種把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)也稱為單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）。為了方便使用，它把組成計(jì)算機(jī)的一些主要功能部件：中央處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、程序存儲(chǔ)器（ROM、EPROM、E2PROM或FLASH）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和各種輸入/輸出接口電路等都集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，構(gòu)成了一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與通用的計(jì)算機(jī)不同，單片機(jī)的指令功能是按照工業(yè)控制的要求設(shè)計(jì)，因此它又被稱為微控制器（Microcontroller）。

3.1.2 單片機(jī)STC89C52RC的介紹

STC89C52RC是由STC公司生產(chǎn)的新一代的高速度、抗干擾強(qiáng)、低功耗的單片機(jī)，它能夠完全兼容傳統(tǒng)的51單片機(jī)且其容量更大，價(jià)格更加低廉，所以在實(shí)際應(yīng)用中常常使用。其工作頻率一般在0-40MHz之內(nèi)，相當(dāng)于一般51單片機(jī)的0-80MHz，但實(shí)際的工作頻率可達(dá)到48MHz左右，用戶的應(yīng)用程序空間在8K字節(jié)，片上集成512字節(jié)RAM，同時(shí)該單片機(jī)無需專用的編程器和仿真器，可通過串口直接下載用戶程序。STC89C52RC單片機(jī)的工作模式如下：

①正常工作模式：典型功耗為4mA-7mA；

②空閑模式：典型功耗為2mA。

STC89C52RC單片機(jī)各管腳分配圖如圖3.1所示。

圖3.1 STC89C52RC管腳圖

1.VCC：供電電壓；

2.GND：接地；

3.P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口。作為輸出端口，每個(gè)管腳可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載，對(duì)P0口寫“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。

4.P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口的輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)（輸出或者吸收電流方式）4個(gè)TTL輸入。

5.P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（輸出或者吸收電流方式）4個(gè)TTL輸入，當(dāng)P2口寫“1”時(shí)，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入口。作為輸入口使用時(shí)，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。

6.P3口：P3口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8為雙向I/O端口，其輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（輸出或者吸收電流方式）4個(gè)TTL輸入。

7.RST：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入兩個(gè)連續(xù)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效，用來完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。

8.ALE / PROG ：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存低8位地址的輸出脈沖。

9.PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間，每個(gè)機(jī)器周期PSEN兩次有效。但在訪問內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不會(huì)出現(xiàn)；

10.EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，訪問外部ROM；加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)；

11.XTAL1：內(nèi)部時(shí)鐘工作電路和反向振蕩放大器的輸入端；

12.XTAL2：反向振蕩器的輸入端。

3.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)的介紹

單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)51系列單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路。

復(fù)位電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)中的復(fù)位電路就好像是電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用過程中出現(xiàn)死機(jī)時(shí)，按下電腦的重啟按鈕即可恢復(fù)。單片機(jī)在使用中也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序出錯(cuò)的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕即可使內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開始執(zhí)行。晶振電路：51單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快。在51單片機(jī)中，晶振輸

出的脈沖周期為脈沖周期，12個(gè)脈沖周期為機(jī)器周期，單片機(jī)工作時(shí)間的最小值即為該單片機(jī)的機(jī)器周期。單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖3.2所示。

圖3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路圖

3.2 LCD12864簡(jiǎn)介

3.2.1 LCD12864概述

帶中文字庫(kù)的128*64是一種具有2線與3線串行以及4位/8位并行等多種接口方式，其內(nèi)部包含有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)和二級(jí)簡(jiǎn)體的中文字庫(kù)的點(diǎn)陣的圖形液晶顯示模塊；其屏幕分辨率是128*64, 內(nèi)含16*16點(diǎn)漢字8192個(gè)，和16*8點(diǎn)ASCII碼字符集128個(gè)。

利用該模塊較為靈活的接口方式與簡(jiǎn)單并且方便的操作指令，可以構(gòu)建全中文的人機(jī)交互圖形的界面。此界面可以顯示8*4行16*16點(diǎn)陣的漢字，也可以完成圖形的顯示，低電壓且低功耗是它的又一獨(dú)特的特點(diǎn)。由此模塊組成的液晶顯示器(LCD)的模塊方案，無論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要比同種類型的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊簡(jiǎn)潔得多，并且這個(gè)模塊的價(jià)格也均低于同種類型的點(diǎn)陣圖形液晶模塊。

3.2.2? LCD128*64的基本特性

（1）低電壓（VDD:+3.0——+5.5V）

（2）屏幕分辨率:128*64點(diǎn)

（3）內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)陣漢字的字庫(kù)(繁簡(jiǎn)體可任選)