基于單片機(jī)的俄羅斯方塊游戲機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　《單片機(jī)原理及應(yīng)用》</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　題 目：俄羅斯方塊游戲機(jī)</p><p>　　專 業(yè)：電子信息工程技術(shù)</p><p>　　班 級：電子B1512班</p><p><b>　　學(xué)

2、號：</b></p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p>　　2017-12-01</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)題目、要

3、求及分工2</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)題目2</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)要求2</p><p><b>　　1.3 分工2</b></p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)方案2</b></p><p>　　3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2</p>&

4、lt;p>　　3.1硬件設(shè)計(jì)整體方框圖2</p><p><b>　　3.2電源系統(tǒng)2</b></p><p>　　3.3 STC89C52單片機(jī)介紹3</p><p>　　3.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　3.5時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.6液晶屏顯示模塊

5、6</p><p>　　3.7按鍵電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　4.軟件系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)7</p><p>　　4.1系統(tǒng)界面整體分析7</p><p>　　5.調(diào)試結(jié)果記錄及分析7</p><p><b>　　5.1仿真結(jié)果8</b></p><p>　　5.

6、2實(shí)物調(diào)試結(jié)果8</p><p><b>　　6.心得體會9</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　附錄112</b></p><p><b>　　附錄213</b></p><

7、p><b>　　附錄314</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)題目、要求及分工</p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)題目是基于51單片機(jī)的俄羅斯方塊游戲機(jī)。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)要求</b></

8、p><p>　　本課程設(shè)計(jì)主要器件是STC89C52單片機(jī)和液晶12864,通過單片機(jī)發(fā)生信號控制液晶屏的顯示，使用按鍵實(shí)現(xiàn)游戲的開始、暫停、移動(dòng)、翻轉(zhuǎn)等。</p><p><b>　　1.3 分工</b></p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中，張榮俊同學(xué)主要負(fù)責(zé)軟件的設(shè)計(jì)與分析，湯青紅同學(xué)負(fù)責(zé)硬件電路的設(shè)計(jì)。</p><p>

9、<b>　　2.設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)控制模塊，USB電源模塊來提供電源，復(fù)位模塊，12864LCD顯示屏進(jìn)行屏顯，晶振與電容實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘電路，按鍵直接接入I/O口，這樣可以簡化電路。另外我們還采用了6個(gè)按鍵，分別是左移，右移，下移、方塊變化鍵、確定按鍵與暫停按鍵。</p><p>　　3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p&g

10、t;<p>　　3.1硬件設(shè)計(jì)整體方框圖</p><p>　　圖3.1 硬件設(shè)計(jì)框圖</p><p><b>　　3.2電源系統(tǒng)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的電源系統(tǒng)比較簡單，由USB電源輸出5V電源進(jìn)行供電，具體電路如下圖所示：</p><p><b>　　圖3.2 電源電路</b

11、></p><p>　　3.3 STC89C52單片機(jī)介紹</p><p>　　圖3.3 STC89C52引腳圖</p><p><b>　　P1口</b></p><p>　　P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口， P1的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4 個(gè)TTL 邏輯門電路。對端口寫"

12、1"，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流(IIL)。與AT89C51 不同之處是，P1.0 和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 的外部計(jì)數(shù)輸入(P1.0/T2)和(P1.1/T2EX)。</p><p><b>　　P2口</b></p><p>　　P2 是一個(gè)

13、帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4 個(gè)TTL 邏輯門電路。對端口P2 寫"1"，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16 位地?cái)?shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行MOVX @DPTR 指令)時(shí)，P2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(如

14、執(zhí)行MOVX@RI 指令)時(shí)，P2 口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號。</p><p><b>　　P3 口</b></p><p>　　P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4 個(gè)TTL 邏輯門電路。對P3 口寫入"1"時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻

15、拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流(IIL)。P3 口除了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能P3 口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。</p><p><b>　　RST</b></p><p>　　復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。</p&

16、gt;<p><b>　　ALE/PROG</b></p><p>　　當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是:每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將跳過一個(gè)ALE 脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖

17、(PROG)。如有必要，可通過對特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中的8EH 單元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條MOVX 和MOVC指令才能將ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE 禁止位無效。</p><p><b>　　PSEN</b></p><p>　　程序儲存允許(PSEN)輸出是外部程序存儲器的讀選通信

18、號，當(dāng)AT89C52 由外部程序存儲器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。</p><p><b>　　EA/VPP</b></p><p>　　外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲器(地址為0000H-FFFFH)，EA 端必須保持低電平(接地)。需注意的是:如果加密位L

19、B1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平(接Vcc端)，CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時(shí)，該引腳加上+12V 的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。</p><p><b>　　XTAL1</b></p><p>　　振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p

20、><b>　　XTAL2</b></p><p>　　振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　3.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后

21、，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。  手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平（圖1）。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動(dòng)作再快也會使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的

22、時(shí)間要求。復(fù)位電路連接如圖所示：</p><p><b>　　圖3.4復(fù)位電路</b></p><p><b>　　3.5時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　8XX51系列單片機(jī)的時(shí)鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶振，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一

23、個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器，并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。晶振通常選用6MHz、12MHz或24MHz。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中我們選用了12MHz的晶振，晶振與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。設(shè)計(jì)中STC89C52使用12MHz晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機(jī)內(nèi)部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容即可，電容容量一般在15pF到50pF之間，我們選用電容容量為3

24、3pF的電容，如圖所示即為本設(shè)計(jì)的振蕩電路。</p><p><b>　　圖3.5 時(shí)鐘電路</b></p><p>　　3.6液晶屏顯示模塊</p><p>　　液晶顯示屏是整個(gè)系統(tǒng)硬件的重要組成部分，擔(dān)當(dāng)著人機(jī)交互的重要角色。本設(shè)計(jì)采用銘正同公司生產(chǎn)的MzL02D-12864液晶點(diǎn)陣屏作為顯示器件。它是一塊128*64點(diǎn)陣的LCD顯示模組，

25、模組上的LCM采用COG技術(shù)將控制(包括顯存）、驅(qū)動(dòng)器集成在LCM的玻璃上，接口簡單，操作方便。其特點(diǎn)為單電源供電，對比度編程可調(diào)，可采用并行接口為6800/8080時(shí)序或者串行SPI的MPU接口方式，整塊液晶屏由3.3V的白色LED背光，美觀大方。其外接部分分為電源端口、數(shù)據(jù)端口和命令端口三部分組成。本設(shè)計(jì)中LCD的數(shù)據(jù)端口連接到STC89C51單片機(jī)的P0端口，LCD命令端口連接到單片機(jī)的P2端口。具體實(shí)物如圖所示：</p&g

26、t;<p>　　圖3.6 液晶屏正面圖 圖3.7 液晶屏反面圖</p><p>　　圖3.8 液晶屏顯示電路</p><p><b>　　3.7按鍵電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　按鍵電路模塊是智能俄羅斯方塊游戲系統(tǒng)的輸入器件，它的控制器包括六個(gè)按鍵，分別為：左移、變形、右移、暫停、下降、確定。具

27、體硬件電路如下圖所示。</p><p><b>　　圖3.8 按鍵電路</b></p><p><b>　　4.軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 </p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖4.1軟件

28、系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　5.調(diào)試結(jié)果記錄及分析</p><p><b>　　5.1仿真結(jié)果</b></p><p>　　圖5.1 仿真電路圖</p><p><b>　　5.2實(shí)物調(diào)試結(jié)果</b></p><p>　　圖5.2實(shí)物主界面圖

29、圖5.3實(shí)物速度設(shè)置界面圖 </p><p>　　圖5.4實(shí)物游戲界面圖圖 5.5實(shí)物游戲得分界面圖</p><p>　　5.6實(shí)物游戲結(jié)束界面圖</p><p><b>　　6.心得體會</b></p><p>　　我在這次中主要負(fù)責(zé)軟件的調(diào)試以及協(xié)調(diào)好軟硬鍵的通訊。軟件調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)了亂碼的現(xiàn)

30、象，開始調(diào)試是弄不清是軟件的問題還是硬件的問題，這給了我一個(gè)很大的教訓(xùn)，軟件硬件不能同時(shí)調(diào)試，只有確認(rèn)一個(gè)沒問題后才能更好的調(diào)試另一個(gè)。最后發(fā)現(xiàn)是由軟件引起數(shù)據(jù)沖突造成的。此外還出現(xiàn)的各種各樣的BUG，例如游戲得分系統(tǒng)和人機(jī)通訊系統(tǒng)也會出現(xiàn)問題，有個(gè)問題更是莫名其妙，比如按著按著出現(xiàn)界面停頓現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)了死機(jī)現(xiàn)象，而實(shí)際游戲中這種現(xiàn)象是萬萬不允許的。開始以為是電平干擾所引起的，但是接穩(wěn)定的電壓也會出現(xiàn)這種情況。回去檢查代碼時(shí)已經(jīng)是10

31、00多行代碼了，從主函數(shù)慢慢往下看，雖然注釋的比較詳細(xì)但是問題卻很難找到，然而BUG事實(shí)卻擺在那里。不修復(fù)則游戲無法進(jìn)行。我終于體會到程序員的辛苦和無奈。只能回到最初的流程圖從底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)和算法邏輯慢慢整理，才發(fā)現(xiàn)我的程序出現(xiàn)的多么大的問題，沒有用好指針，指針出現(xiàn)了問題給程序帶來的災(zāi)難性的后果。還有一些變量的初始化沒有賦值，</p><p>　　初始化指針中沒用明確的指向，函數(shù)沒有返回。這些都是細(xì)節(jié)問題，任何一個(gè)

32、關(guān)鍵變量沒有用好都會出現(xiàn)很大的問題。更重要的教訓(xùn)是編程思路一定要清晰，這就要求編寫代碼之前流程圖都要畫好。還有就是編寫程序時(shí)頭腦要清醒不能打疲勞戰(zhàn)，有時(shí)候變量的賦值過程中腦袋里想的是賦值為1而鍵盤中賦值的確實(shí)0；這種情況也是最難找的，因?yàn)槭亲约簩懙某绦颍瑵撘庾R以為是正確的，就去找別處的錯(cuò)誤了。只有一個(gè)一個(gè)的找才能找出來。找到之后，真的很后悔當(dāng)初的粗心</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&g

33、t;</p><p>　　[1]張毅剛.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社，2013:220-240</p><p>　　[2]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程[M].北京:電子工業(yè)出版社，2012:230-240</p><p>　　[3]韓旭，王娣. C語言從入門到精通[M].北京:清華大學(xué)出版社，2010:244-260</p>

34、<p>　　[4]胡仁喜. Altium Designer 16從入門到精通[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2016:118-168</p><p>　　[5] 王東鋒，董冠強(qiáng).單片機(jī)C語言應(yīng)用100例[M].北京:電子工業(yè)出版社，2009:182-200</p><p><b>　　附錄1</b></p><p><b>　

35、　整體電路原理圖：</b></p><p><b>　　PCB圖：</b></p><p><b>　　附錄2</b></p><p><b>　　元件清單:</b></p><p><b>　　附錄3</b></p><p

36、><b>　　關(guān)鍵函數(shù)如下所示：</b></p><p>　　①俄羅斯方塊中文顯示界面</p><p>　　void game_start_show()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　bit tpflag=1;//置循環(huán)標(biāo)志位為1</p><p

37、>　　LCD_full_draw(start_pic);</p><p>　　while(tpflag)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　switch(basic_button())</p><p><b>　　{</b></p><p>　

38、　case 6: tpflag=0;</p><p>　　speaker=0;</p><p>　　while(button_b==0);</p><p>　　speaker=1;</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　default:;</

39、b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　}//game_start_showÑ­»·</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　?、谶x擇游戲難度級別</b></p>&

40、lt;p>　　void select_speed()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</p><p>　　bit tpflag=1;//置循環(huán)標(biāo)志為1</p><p>　　LCD_clear();</p><p>　　for(i=

41、0;i<128;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LCD_display_byte(i,0,0xff);</p><p>　　LCD_display_byte(i,7,0xff);</p><p><b>　　}</b></p><p&g

42、t;　　LCD_display_byte(60,4,0x7f);</p><p>　　LCD_display_byte(59,4,0x3e);</p><p>　　LCD_display_byte(58,4,0x1c);</p><p>　　LCD_display_byte(57,4,0x08);</p><p>　　LCD_display_

43、byte(67,4,0x7f);</p><p>　　LCD_display_byte(68,4,0x3e);</p><p>　　LCD_display_byte(69,4,0x1c);</p><p>　　LCD_display_byte(70,4,0x08);</p><p>　　LCD_display_word(speed_data,

44、24,3,52);</p><p>　　show_speed_num(62,4);</p><p>　　while(tpflag)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　switch(basic_button())</p><p><b>　　{</b>

45、</p><p>　　case 4: if(speed_num!=0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　speaker=0;</p><p>　　speed_num--;</p><p>　　show_speed_num(62,4);</p><p&

46、gt;　　speaker=1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　while(left==0);</p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 5: if(speed_num!=9)</p><p><b>

47、;　　{</b></p><p>　　speaker=0;</p><p>　　speed_num++;</p><p>　　show_speed_num(62,4);</p><p>　　speaker=1;</p><p><b>　　}</b></p><p&

48、gt;　　while(right==0);</p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 6: tpflag=0;</p><p>　　speaker=0;</p><p>　　while(button_b==0);</p><p>　　speaker=1;<

49、;/p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　default:;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　}//選擇游戲速度循環(huán)</p><p><b>　　}</b><

50、/p><p>　?、廴藱C(jī)通信（進(jìn)行游戲）</p><p>　　void Tetris_main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</p><p>　　for(i=0;i<19;i++)</p><p><

51、;b>　　{</b></p><p>　　Box_Ram[i]=Box_Ram_data[i];</p><p>　　};//載入游戲初始化顯示畫面</p><p>　　LCD_draw(mpic);</p><p>　　game_over_flag=0;//游戲結(jié)束標(biāo)志位置0表示游戲未結(jié)束</p><p

52、>　　box_build();</p><p>　　box_load();</p><p>　　box_to_Box_Ram(s_box.x,s_box.y,s_box.box);</p><p>　　box_down_reg=(20-(speed_num<<1)-1);//為了使方塊一出現(xiàn)就能變換形狀，所以需要盡快使得方塊下降一行，不知道為什么最

53、高行不行變換形狀</p><p>　　time0_initialize();</p><p>　　while(!game_over_flag)//如果游戲結(jié)束標(biāo)志位置1，表示游戲結(jié)束，打破循環(huán)，調(diào)用游戲結(jié)束畫面顯示函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　game_button();</p