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1、沈阳理工大学学士学位论文摘 要近年来，掌上游戏机一直非常火爆。从较早的gameboy到现在高端的psp，掌上游戏机一直备受人们青睐。现在嵌入式行业发展很快，微控制器的性能也越来越强大，也使得制作一台掌上游戏机难度降低。基于此本设计基于STM32芯片设计了一款掌上游戏机。主要设计内容包括游戏机的硬件和软件设计。主要的应用模块和电路包括STM32核心电路、TFTLCD显示屏、陀螺仪（加速度计）传感器、独立按键、USB转串口芯片等。本设计的一个特点就是可以下载程序到STM32芯片中，所以这款掌上游戏机也是一个STM32的开发板，使用者可以使用该系统自行开发游戏和学习单片机的使用。本设计制作完成，经过
2、多次试验测试，系统正常工作，娱乐性较高。关键词：STM32；掌上游戏机；开发板IAbstractIn recent years, handheld game has been very popular. Gameboy from an earlier end to the current psp, handheld game has attracted people of all ages. Now embedded industry developed rapidly, the performance of the microcontroller more powerful, but als
3、o makes the production of a handheld video game to reduce the difficulty.The design is based on the STM32 chip based on the design of a handheld game. The main design elements including Game hardware and software design. The main application modules, and circuits including STM32 core circuit, TFTLCD
4、 display, gyroscope (accelerometers) sensor, separate buttons, USB to serial chip like. One feature of this design is that you can download to STM32 chip, so this is a handheld game console STM32 development board, the user can use the system self-developed games and learning microcontrollers. The d
5、esign is completed, after several trials testing, the system is working properly, entertaining high.Key words:STM32;Handheld game; development boardII目录1 绪论11.1 设计背景11.2 设计意义11.3 国内外研究现状21.4 本设计所做工作31.5 本章小结32 系统方案设计42.1 系统结构框图42.2 系统主控芯片介绍42.3 显示屏介绍62.4 操作方式介绍92.5 下载模块设计102.6 本章小结113 系统硬件设计123.1 ST
6、M32核心电路123.2 LCD显示模块电路133.3 按键电路143.4 陀螺仪接口电路153.5 程序下载电路163.6 供电电路183.7 系统电路原理图与PCB193.8 本章小结194 系统软件设计204.1 keil开发环境介绍204.2 主程序设计204.3 中断程序设计224.4 游戏程序设计234.5 输入信号检测程序设计244.6 本章小结255 系统调试与功能测试265.1 系统调试265.1.1 硬件检测265.1.2 软件调试265.2 系统功能测试275.2.1 测试步骤275.2.2 测试结果295.3 本章小结316 结论与展望326.1 结论326.2 展望3
7、27 致谢33参考文献34附录A：英文原文35附录B：中文翻译42附录C：原理图和PCB48V1 绪论1.1 设计背景近年来，社会发展十分迅速，我国的经济、科技等各领域都发展非常快，特别是以计算机技术、软件、通信等为核心的高新技术产业取得了十分迅速的发展。随着手机、电脑等各种智能产品产业的腾飞，嵌入式系统也深入到我们日常生活的方方面面。不仅仅是在日常生活当中我们离不开嵌入式产品，在工业、农业等各个领域都需要嵌入式产品的支持，嵌入式系统为人们的生活带来便捷，为工业、农业等生产提高效率1。嵌入式行业的兴起也带动了软件行业的发展，因为一个完整的嵌入式系统离不开硬件和软件的结合。单片机系统也属于嵌入式
8、系统中的一种，它因为可靠性高、成本低、功能强大等因素，被广泛应用在工业、农业以及我们的日常生活之中。单片机不仅可以开发工业类产品，也经常用于开发消费类的电子产品，如电子表、MP3、MP4、掌上游戏机等等。如今掌上游戏机非常盛行，从繁华的城市到宁静的乡村，从成年人到小孩，都喜爱玩游戏机。游戏机带给人们成功的兴奋和失败懊恼，给人们一种现实生活无法满足的奇妙体验。除了顺应嵌入式开发热门的潮流和游戏机热门潮流以外，开发此游戏机还有以下几点原因：1.当下城市中的人们生活节奏快，压力大，需要通过游戏等娱乐方式来消遣。而此款游戏机设计成可以玩一些经典的小游戏，让人们在怀旧中体验游戏的乐趣。2.此游戏机也被设
9、计成小型的开发板，而且硬件软件等资源将会在设计完成后开源，所有人都可以自己开发游戏，可以利用此游戏机学习嵌入式开发，可谓寓教于乐。结合上述几点，我认为此项目有着巨大发展潜力。1.2 设计意义掌上游戏机诞生于上世纪80年代，最早的掌机系列是由Mattel公司推出的掌机系列，但是真正意义上的掌上游戏机室任天堂的Game&Watch系列。Game&Watch系列掌机把游戏的乐趣带到了广大的玩家身边。它也是第一款只有手掌大小的游戏机。从此以后，各个游戏硬件公司都相继推出了自己的掌上游戏机。由于掌上游戏机的硬件、软件速度发展十分迅速，所以游戏的趣味性和掌机的可玩性也得到大幅度提升。掌上游戏机一度成为游戏
10、界的热门。由于现代半导体技术飞速发展，所以现在的处理器更新速度非常快。从早期的51单片机到现在的高级ARM处理器，微控制器从8位发展到32、64位，主频也从几MHz到现在的几GHz。现如今在微处理器领域，Cortex-M3内核芯片是最常用的一个系列。这种芯片性能较51内核单片机有大幅度的提升，外围的器件也十分丰富，但是价格却和8位单片机相差不多。所以现在的微控制器使用最多的就是Cortex-M3系列的芯片。所以，对于这种芯片的使用是现在电子类学生和从事电子行业的人员必须掌握的技能。本设计是采用Cortex-M3内核芯片-STM32作为主控设计了一款掌上游戏机。该掌上游戏机可以玩一些经典的游戏，
11、十分富有趣味性。本设计最大的特点是掌上游戏机可以作为STM32芯片的开发板使用，并且软件、硬件全部开源。所有的使用者不仅可以体验到掌上游戏的乐趣，也可以把它当做学习编程和STM32芯片的一款开发板。并且使用者可以自行开发游戏并下载到此游戏机中运行。所以，本设计不仅能让使用者体验到游戏的乐趣，放松身心，而且寓教于乐，可以使得使用者学习到专业的知识。可以说趣味性和实用性并存，十分具有现实意义和研究价值。1.3 国内外研究现状在电子方面，发达国家比国内起步早，技术更加先进，更加高度产业化。所以电子产品如掌上游戏机也是国外的较多较发达一点。国内市场上的掌上游戏机品牌众多，品质参差不齐。有众多的仿制国外
12、的PSP、3DS等知名产品的游戏机出现，但是其产品不是开源的。国内基于单片机的开源硬件可以说非常之多，基本上涉及到了8、16、32位的单片机。但是也没有以掌上游戏机作为开源硬件平台的。可以说国内的掌上游戏开源的硬件市场还是一片空白。国外的开源掌上游戏机也屈指可数，WIZ是韩国GAME PARK Holdings公司于2009年推出的开源掌机，除了官方游戏，玩家都可以开发自制软件或游戏，还能放上专属平台让人下载。Wiz整合了NDS跟PSP的功能，2.8寸触控屏幕，可听MP3、看AVi格式视频，内置1GB NAND Flash、支援SD卡，具备3D加速、533MHz的CPU。Arduboy是由一位
13、国外玩家开发的8位掌上游戏机，只有信用卡大小，厚度仅有5毫米，一块OLED黑白显示屏、六个按键、两个扬声器、金属材质的外壳，续航可以达到8小时。它是基于arduino的产品。现在是国外比较火爆的一个掌上游戏开源硬件。1.4 本设计所做工作对于基于STM32的掌上游戏开源硬件的设计的设计这一课题，主要做了以下工作：（1）深入调查掌上游戏机的和开源硬件的市场现状及发展前景和国内外研究现状。（2）熟练掌握STM32的应用和开发。包括熟STM32芯片的I/O口，定时器，中断等知识。（3）根据设计要求选择合适的显示屏、外围芯片的器件。（4）完成硬件电路原理图设计和PCB图的绘制，并且正确搭建硬件电路。（
14、5）完成软件系统的C语言程序编写。（6）对系统进行测试与分析，根据测试结果对系统软硬件进行相应的调整，使之达到设计要求 。（7）撰写论文。 1.5 本章小结本章节主要是说明设计的背景和意义，以及研究的内容。首先，结合现实分析了掌上游戏机产生和发展的社会背景。其次，结合实际以及本设计的目标阐述了本设计的现实意义。然后，阐述了国内外的同类的研究的成果，并且简单预测了一下掌上游戏机的未来发展趋势。最后，阐述本论文的研究的主要内容和所需要做的主要工作。512 系统方案设计2.1 系统结构框图本设计主要以STM32F103系列微控制器作为主要控制单元，以LCD显示屏、陀螺仪/加速度计模块、按键和USB转
15、串口芯片为主要应用，实现了一款简单的掌上游戏机的功能。陀螺仪（加速度计）和按键作为信号输入端，人通过重力感应或者按键输入来想系统发送控制信息。STM32接收控制信息并处理，运行游戏核心代码和算法，并控制LCD显示屏显示相应的游侠效果。USB转串口芯片和主控芯片自带的串口组成了下载模块，可以实现烧录程序的功能，所以本设计又可以作为一块STM32开发板使用。下面是本设计的系统结构框图。陀螺仪/加速度计计STM32主控芯片LCD显示屏 按键下载模块图2.1 系统结构框图2.2 系统主控芯片介绍STM32F103系列芯片是ST公司推出的新型的低功耗的32位微处理器。STM32F103的工作主频是72MHz，有数十K的片内RAM和众多的硬件通信接口和其他的外围设备6。STM32是基于ARM公司的Cortex-M3内核的一款芯片，它的处理性能相对于8位和16位的微控制器有着巨大的提升，但是功耗和成本却提升很小。STM32一般用在控制领域，能处理较为复杂的运算，丰富的外围设备
