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1、基于51单片机与8*8点阵的贪吃蛇游戏机开发12目录物理与信息科学学院一、硬件设计1、8*8LED点阵的原理说明本设计采用的点阵显示模块是ARK-SZ411288K，其原理结构图如图1所示。ARK-SZ411288K显示模块是8*8点阵的显示模块，从图1中可以看出，8*8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的 图1 8*8LED点阵的原理图二极管就亮。ARK-SZ411288K可与CPU直接连接，根据引脚说明，将其各个引脚与相应的I/O口连接。2、LED阵列驱动电路正向点亮一颗LED，至少也得1020毫安，
2、若电流不够大，则LED不够亮。而不管是8051的输入/输出口，还是TTL、CMOS的输出端，其高态输出电流都不是很高，不过12毫安而已，因此，很难直接高态驱动LED。这时候就需要额外的驱动电路，本设计采用的是74HC595，用74HC595芯片驱动LED有以下特点：速度较快，功耗较小，LED的数目多少随意，既可以控制共阴极的LED显示器，也可以控制共阳极的LED显示器，可以软件控制LED的亮度，还可以在必要的时候关断显示 (数据保留)，以减小功耗，并可随时唤醒显示。用它设计的电路，不仅软硬件设计简单，而且功耗低，驱动能力强，占用的I/O口线较少,是一种造价低廉,应用灵活的设计方案。图2 74H
3、C595管脚图74HC595内含8位串入、串/并出移位寄存器和8位三态输出锁存器。寄存器和锁存器分别有各自的时钟输入(SCLK和SLCK)，都是上升沿有效。当SCLK从低到高电平跳变时，串行输入数据(SDA)移入寄存器；当SLCK从低到高电平跳变时，寄存器的数据置入锁存器。清除端(CLR) 的低电平只对寄存器复位(QS为低电平)，而对锁存器无影响。当输出允许控制（EN）为高电平时, 并行输出(Q0Q7)为高阻态，而串行输出(QS)不受影响。74HC595最多需要5根控制线，即SDA、SCLK、SLCK、CLR和EN。其中CLR可以直接接到高电平，用软件来实现寄存器清零；如果不需要软件改变亮度，
4、EN可以直接接到低电平，而用硬件来改变亮度。把其余三根线和单片机的I/O口相接，即可实现对LED的控制。数据SDA口送入74HC595，在每个SCLK的上升沿，SDA口上的数据移入寄存器，在 SCLK的第9个上升沿，数据开始从QS移出。如果把第一个74HC595的QS和第二个74HC595的SDA 相接，数据即移入第二个74HC595中，照此一个一个接下去，可接任意多个。数据全部送完后，给SLCK一个上升沿，寄存器中的数据即置入锁存器。此时如果EN为低电平，数据即从并口Q0Q7输出，把Q0Q7与LED的8段相接，LED就可以实现显示了。要想软件改变LED的亮度，只需改变EN的占空比就行了1。二
5、、软件设计1、主程序工作流程主程序工作流程如图3所示，系统上电后首先对LED进行初始化，接着对定时器初始化，并启动定时器，接着执行程序主体逻辑，程序主体逻辑执行一遍后检查是否有中断发生。中断源有两个，一个是驱动贪吃蛇自动前行的定时中断，另一个是用户控制贪吃蛇移动方向的键盘中断，任意中断的到来都将改变贪吃蛇的当前状态。若当前没有中断发生，主程序继续判断蛇头是否碰壁或头尾相撞，若是，结束游戏，否则继续执行程序主体循环。图3 主程序工作流程2、LED点阵初始化对点阵初始化，先把点阵所有的信息清空，让其不显示任何信息，再在指定的位置显示蛇所处的最初位置和第一个果实的位置。初始化程序如下：void In
6、it()for (i = 3; i SNAKE + 1; i+)/SNAKE是蛇的最大长度xi = 100;for (i = 3; i SNAKE + 1; i+)yi = 100;/初始化x0 = 4; y0 = 4; /果子 n = 3; /蛇长 n=-1x1 = 1; y1 = 0; /蛇头x2 = 0; y2 = 0; /蛇尾1addx = 0; addy = 0; /位移偏移3、贪吃蛇的移动当蛇没有吃到任何食物时，每次步进蛇头的将要到的下一个LED灯点亮，而蛇尾那个LED灯会灭掉，程序设计时只要将蛇尾那点位置的值传给蛇头下一个位置的值，再改变蛇尾的值即可。而蛇头下一个位置根据蛇头和偏
7、移量来确定，每次上下左右按键决定了蛇步进的偏移量，只要将蛇头的位置加上偏移量的值即得到新的蛇头位置。当蛇头碰到四周的墙壁或者碰到自己的身体，小蛇就立即毙命并结束游戏。4、食物的随机出现食物的出现是一种随机行为，所以必须做一个随机数，而且食物出现的位置不能与蛇的位置相同，也不能超出墙外，否则就要重置食物。这里使用程序中的定时计数器的低八位 TL0的数值，由于TL0不断变化，不同的时间点数值不同，我这里使用的是C+语言里的stdlib.h文件库，使用里面的随机函数srand()，先利用srand(TL0)获得TL0的数值，再利用两次rand()%8分别得到食物出现的横纵坐标的位置。三、调试及仿真程
8、序软件编译器使用uVision3。在用uVision3编写单片机程序时，因uVision3往往只能修改语法上的错误，对于算法上的问题不好检查，而直接下到单片机里又受电路板的限制而不方便调试，因此这里使用Proteus进行电路仿真。该软件具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能，同时有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。先在Proteus上绘制硬件电路（并未画出驱动电路），电路设计完成后就可以进行仿真。先双击单片机，把用uVision3编译生成的HEX文件指定为下载文件，点击PLAY
9、键即可进行仿真。当出现ANALYSER ERRORS时，表示电路有错误，列表中说明了具体的错误，必须要先排错才可以进行仿真。本设计仿真效果如图4所示。图4 系统测试效果图软件调试及Proteus仿真完成后就进行硬件的安装。本设计按照原先设计好的电路图进行总体上的布置，采用人工搭电路的方法进行硬件的安装。安装时要考虑受热、稳固等多方面的影响使用电烙铁时要控制好焊接的时间，电烙铁停留的时间太短，焊锡不易完全熔化，形成“虚焊”，而焊接时间太长又容易损坏元器件，每一两秒内要焊好一个焊点，若没完成，宁愿等一会儿再焊一次。其次芯片的摆置要方便连线，焊接时要先把芯片拔出，等线接好了再插上去。在焊接时要考虑电
10、路的抗干扰能力同时要充分考虑电源对单片机的影响。每焊接完一个模块，要用万能表根据电路图检查有没有接错、短路等现象，确认正确后再继续下一个模块2。附录：代码#include #define uchar unsigned char#define SNAKE 20 /最大长度#define TIME 50 /显示延时时间#define SPEED 71 /速度控制sbit keyenable=P36;/方向使能sbit keyy=P02;/上下*/sbit up=P33; /downsbit down=P31;sbit right=P32;sbit left=P34;uchar xSNAKE+1;u
11、char ySNAKE+1; uchar time,n,i,e; /延时时间，当前蛇长，通用循环变量，当前速度char addx,addy; /位移偏移量/*延时程序*/void delay(char MS)char us,usn;while(MS!=0)usn = 0;while(usn!=0)us=0xff;while (us!=0)us-;usn-;MS-;/*判断碰撞*/bit knock()bit k;k=0;if(x17|y17)k=1; /撞墙for(i=2;in;i+)if(x1=xi)&(y1=yi)k=1; /撞自己return k;/*上下左右键位处理*/void tur
12、nkey()/ interrupt 0 using 2 if(keyenable)if(left)addy=0;if(addx!=1)addx=-1; else addx=1;if(right)addy=0;if(addx!=-1)addx=1; else addx=-1;if(up)addx=0;if(addy!=-1)addy=1; else addy=-1;if(down)addx=0;if(addy!=1)addy=-1; else addy=1;/*乘方程序*/uchar mux(uchar temp) if(temp=7)return 128;if(temp=6)return 64
13、;if(temp=5)return 32;if(temp=4)return 16;if(temp=3)return 8;if(temp=2)return 4;if(temp=1)return 2;if(temp=0)return 1;return 0;/*显示时钟 显示程序*/void timer0(uchar k)while(k-)for(i=0;iSNAKE+1;i+)P2=mux(xi);P1=255-mux(yi);turnkey(); /上下左右键位处理delay(TIME); /显示延迟P2=0x00;P1=0xff; /*主程序*/void main(void)e=SPEED; P0=0x00; P1=0xff; P2=0x00; P3=0x00;while(1) /if(keyenable=1
