电子综合设计 基于单片机的乒乓球游戏系统的设计

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1、电子综合设计报告书 基于单片机的乒乓球游戏系统的设计 1.引言 1.1 设计背景 众所周知，在日常娱乐生活中，智能化的娱乐产品非常流行。单片机具有功 能强、可靠性高、使用方便、体积小及重量轻等优点。国外已广泛应用于自动化 控制的各个领域。 近年来， 国内的单片机技术与产品开发应用方面的发展也很快， 各种电子产品已越来越多地采用单片机控制系统且性价比高。 本次课程设计我们 从实用的角度以 AT89C51 单片机为核心设计了一种智能“乒乓球”游戏机。 乒乓球是中国的国球，在中国拥有众多的喜爱者。此次设计不仅融入了现实 比赛的娱乐性，更结合了传统的电子产品的小巧和便携性。本系统由 AT89C51 单

2、片机，LCD 显示屏，按键等组成系统。以 51 系列单片机为中心控制器件，用 液晶显示器来模拟乒乓球的运动，实现 2 人游戏，乒乓球的运动速度分级可调， 能显示游戏比分，有击、接球的声音效果等，还可以扩展开、关机音乐，语音对 话功能等。 1.2 功能说明 本次设计的乒乓球游戏机是以 AT89C51 单片机为核心的，选用 12864-12 型 LCD 显示屏，通过 LCD 显示点阵依来模拟乒乓球的运动。设计中选用了左右各 3 个游戏按键来模拟球拍和方向选择判断，其中两个键模拟左右 2 个球拍，按下代 表球拍击球。“左拍”按下可使 LCD 点阵从左向右依次点亮，如图乒乓球从左向 右飞来；反之，“右

3、拍”按下则可使 LCD 点阵从右向左依次点亮，代表球从右向 在运动。而第三个键则作为方向选择键，可增加游戏的趣味性。 本游戏供一到两人玩， 以一方按键 （发球） 开始， 这时乒乓球就向对方运动， 接球方应在乒乓球到达终点之前击球。 如果击球时机合适， 则把球击回， 算得分； 否则就算失误， 由对方重新发球。 游戏过程中， LCD 显示屏上还要显示双方比分。 对游戏实现方法做如下说明： （1）乒乓球移动速度是可调的，通过拨盘开关可实现改变乒乓球移动速度； （2）接球方的接球动作应在球到达本方最后一位 LCD 点阵之前发出，若接球 成功则球向相反方向运动，接球方得分，乒乓球移动到最后一位后停止运动

4、，此 后接球方变为发球方，游戏继续； （3） 如果接球方提前或迟后击球，则接球方失误，双方都不得分，乒乓球 停止运动，LCD 显示屏上显示得分，原发球方重新发球，游戏继续。 2设计要求 2.1 基本要求 1设计内容 采用 LCD 液晶显示，51 单片机为中心控制器件来模拟乒乓球的运动。 2基本要求 必须实现 2 人单打游戏，要求实现乒乓球的来回运动，能显示比分。 3. 提高要求 要求实现 4 人双打游戏， 乒乓球的速度分级可调， 能显示双方的比分和局数， 可开关复位，有击球，接球的声音效果等。 4. 扩展要求 除 1，2 项功能必须达到之外，还要求有简单的语音功能(音乐伴奏)或者开 机画面。

5、2.2 技术指标 1 “乒乓球”移位一次的过程中，分别进行 50 次，37 次，25 次，12 次测 试（既 20s 一次）查询是否有击球动作。 2接球方的击球动作应发生在“乒乓球”到达本方最后三格内，如接球方 在规定的地点内按键，则接球成功，然后乒乓球向对方运动。 3接球方提前或滞后击球，则接球失误，由对方得分。这时“乒乓球”熄 灭，LED 显示双方比分，然后等待发球方发球。 4每一局中，哪方的得球个数首先满 11 个，判断哪方的在当局中获胜，打 满三局后，系统将显示整体局分比表示哪方获得胜利。 5用左右按键分别模拟左拍击球和右拍击球，双方比分由 LED 显示。 6用喇叭模拟击球声音，发球声

6、音频率为 1kHZ，接球失误提示声音频率为 2kHZ。每局结束蜂鸣器报警频率为 1.5kHZ. 3.硬件设计 3.1 硬件电路框图 本次实习设计的乒乓球游戏机的硬件电路方面包括: 单片机主电路（复位电路、振荡电路、电源）； LCD 显示接口电路； 语音放大电路； 按键设定电路。 其结构框图如下： 3.2 各部分电路图 1）51 单片机最小系统： 单片机 AT89C51 按键控制电路 （模拟球拍） 复位电路 振荡电路 LCD显示接口电路 语音放大电路 2）复位电路和振荡电路 3）LCD 显示屏接口电路 4）语音放大电路 3.3 元器件的选择 综合设计元器件清单综合设计元器件清单 元件名称元件名称

7、需要数量需要数量元件名称元件名称需要数量需要数量 单片机单片机 STC51STC511 个电容电容 4.7u4.7u1 个 晶振晶振 50MHz50MHz1 个电容电容 22u22u1 个 喇叭、麦克喇叭、麦克各 1 个电容电容 220u220u1 个 LEDLED 灯灯2 个电容电容 0.001u0.001u1 个 开关开关11 个电阻电阻 1K1K2 个 电源接口电源接口1 个电阻电阻 10K10K8 个 液晶显示器液晶显示器1 个电阻电阻 100K100K3 个 锁存器锁存器 74LS37374LS3731 个电阻电阻 4704702 个 与非门与非门 74LS0074LS001 个电阻

8、电阻 5105101 个 电位器电位器 20K20K1 个电位器电位器 20K20K1 个 二极管二极管1 个电容电容 30P30P2 个 74LS0074LS001 个电容电容 0.1u0.1u4 个 工具清单 名称名称数量数量 电烙铁电烙铁1 个 钳子钳子1 个 镊子镊子1 个 平头螺丝刀平头螺丝刀1 个 焊锡、焊锡、 松香、松香、若干 导线导线 3.4 重要原件简介 3.4.1 AT89C51 单片机 将 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器以及输如输出（I/O）接口电路等主要计 算机部件，集成在一块电路芯片上。这样所组成的芯片机的微型计算机称为单片 微型计算机，又称为单片微机或单片机

9、。AT89C51 是 51 系列单片机的一种，属 8 位高档单片机，它采用 CMOS 技术制造而成，具有集成度高，速度快，功耗低的 特点，较之其他类型单片机在方面功能都有了很大提高。其图示如下： 电源和晶振： Vcc运行和程序校验时加+5V。 Vss接地。 X1输入到震荡器的反相放大器。 X2反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。 I/O：4 个端口，32 各 I/O： P08 位、漏极开路的双向 I/O 口。 当使用片外存储器时，作地址和数据分时复用。在程序校验期间，输 出指令字节（这时需加外部上拉电路） 。P0 口（作为总线时）能驱动 8 个 LSTTL 负载。 P18 位、准双向 I/

10、O 口。 在编程/校验期间，用做输入低字节地址。P1 口可以驱动 4 个 LSTTL 负载。 P28 位、准双向 I/O 口。 当使用片外存储器时，输出高 8 位地址。P2 可以驱动 4 个 LDTTL 负载。 P38 位、准双向 I/O 口，具有内部上拉电路。 P3 提供各种替代功能。在提供功能时，其输出锁存器应由程序置 1。 P3 口可以输入/输出 4 个 LSTTL 负载。 串行口: P3.0RXD（串行输入口） ，输入。 P3.1RXD（串行输出口） ，输出。 中断： P3.2INT0 外部中断 0，输入。 P3.3INT2 外部中断 1，输入。 定时器/计数器： P3.4T0 定时器

11、/计数器 0 的外部输入，输入。 P3.5T1 定时器/计数器 1 的外部输入，输入。 数据存储器选通： P3.6WR 低电平有效，输出，片外存储器写选通。 P3.7RD 低电平有效，输出，片外存储器写选通。 3.4.23.4.2 中文字库液晶显示模块中文字库液晶显示模块 12864-1212864-12 1、液晶显示模块概述 液晶显示模块是 12864-12 点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字 及图形， 内置 8192 个中文汉字 （16X16 点阵） 、 128 个字符 （8X16 点阵） 及 64X256 点阵显示 RAM（GDRAM） 。可与 CPU 直接接口，提供两种界面来连接

12、微处理机：8- 位并行及串行两种连接方式。 具有多种功能： 光标显示、 画面移位、 睡眠模式等。 2、模块引脚说明 引脚名称方向说明引脚名称方向说明 1VSS-GND（0V）11DB4I数据 4 2VDD- Supply Voltage For Logic (+5v) 12DB5I数据 5 3VO-（+5v）13DB6I数据 6 4RS(CS)O H: Data L: Instruction Code 14DB7I数据 7 5R/W (SID) OH: ReadL: Write 15PSBO H: Parallel Mode L: Serial Mode6E (SCLK)OEnable Sig

13、nal 3、具体指令介绍： （1） 、清除显示 CODE： RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0 LLLLLLLLLH 功能：清除显示屏幕，把 DDRAM 位址计数器调整为“00H” （2） 、位址归位 CODE： RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0 LLLLLLLLHX 功能：把 DDRAM 位址计数器调整为“00H” ，游标回原点，该功能不影响 显示 DDRAM （3） 、位址归位 CODE： RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0 LLLLLLLHI/DS 功能：执行该命令后，所设置的行将显示在屏幕的第一行。显示起始行 是由Z地

14、址计数器控制的， 该命令自动将A0-A5位地址送入Z地址计数器， 起始地址可以是 0-63 范围内任意一行。 Z 地址计数器具有循环计数功能， 用于显示行扫描同步，当扫描完一行后自动加一。 （4） 、显示状态 开/关 CODE： RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0 LLLLLLHDCB 功能： D=1；整体显示 ONC=1；游标 ONB=1；游标位置 ON 串口低电屏 16NC-空脚 7DB0I数据 017/RSTO Reset Signal 低电平有效 8DB1I数据 118NC-空脚 9DB2I数据 219LEDA-背光源正极（LED+5V） 10DB3I数据 320

15、LEDK-背光源负极（LED-OV） （5） 、游标或显示移位控制 CODE： RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0 LLLLLHS/CR/LXX 功能：设定游标的移动与显示的移位控制位：这指令并不改变 DDRAM 的内容 （6） 、功能设定 CODE： RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0 LLLLHDLX0 REXX 功能：DL=1（必须设为 1）RE=1；扩充指令集动作RE=0：基本 指令集动作 （7） 、设定 CGRAM 位址 CODE： RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0 LLLHAC5AC4AC3AC2AC1AC0 功能

16、：设定 CGRAM 位址到位址计数器（AC） （8） 、设定 DDRAM 位址 CODE： RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0 LLHAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0 功能：设定 DDRAM 位址到位址计数器（AC） （9） 、读取忙碌状态（BF）和位址 CODE： RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0 LHBFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0 功能：读取忙碌状态（BF）可以确认内部动作是否完成，同时可以读出 位址计数器（AC）的值 （10） 、写资料到 RAM CODE： RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0 HLD7D6D5D4D3D2D1D0 功能：写入资料到内部的 RAM（DDRAM/CGRAM/TRAM/GDRAM） （11） 、读出 RAM 的值 CODE： RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0 HHD7D6D5D4D3D2D1D0 功能：从内部 RAM 读取资料（DDRAM/CGRA