基于單片機(jī)與三維建模的貪吃蛇游戲機(jī)的綜合設(shè)計(jì)

文/韋翠華

1 引言

隨著產(chǎn)品的微小化和智能化，單片機(jī)的發(fā)展越來(lái)越重要，它現(xiàn)在是智能化的技術(shù)核心；同時(shí)智能制造的綜合性要求也越來(lái)越高?；谥悄苤圃斓谋尘跋?，綜合設(shè)計(jì)與制作也是必不可少的。而貪吃蛇游戲機(jī)的研究，以往是基于8x8LED點(diǎn)陣或者16x16LED點(diǎn)陣的貪食蛇游戲設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)的功能一般包括：食物的隨機(jī)出現(xiàn)，貪吃蛇的移動(dòng)。以往的研究缺乏一個(gè)作品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)完整性過程，基于這個(gè)趨勢(shì)提出了基于單片機(jī)與三維建模的貪吃蛇游戲機(jī)的綜合設(shè)計(jì)。并在原來(lái)的功能上增加難度，增加功能，增加音樂，改善顯示部分，設(shè)計(jì)這樣一款多功能綜合性的貪吃蛇游戲機(jī)。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的貪吃蛇游戲機(jī)由51單片機(jī)的AT89系列的控制芯片，最小硬件系統(tǒng)模塊，顯示屏模塊，鍵盤設(shè)計(jì)部分，聲音模塊組成，系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2.1 最小硬件系統(tǒng)

單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路如圖2所示，復(fù)位電路是由RST引腳進(jìn)入到51單片機(jī)芯片的特有觸發(fā)器。若單片機(jī)的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。

單片機(jī)的復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式，本設(shè)計(jì)選用上電自動(dòng)復(fù)位方式。上電瞬間的情況下，因電容的充電電流很大，電容相當(dāng)于短路，RST端就產(chǎn)生高電平，開始自動(dòng)復(fù)位；當(dāng)電容的電壓達(dá)到電源的額定電壓值時(shí)，電容的充電電流就會(huì)變?yōu)?，電容就會(huì)接近開路，這一刻RST端變成低電平，程序開始正常穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1：貪吃蛇游戲機(jī)系統(tǒng)框圖

2.2 顯示部分

通過對(duì)比分析以往的研究成果，發(fā)現(xiàn)在單片機(jī)顯示屏的選擇上分為L(zhǎng)ED點(diǎn)陣屏和液晶顯示屏，因?yàn)長(zhǎng)ED顯示屏元器件的顯示單一和引腳繁雜導(dǎo)致電路圖復(fù)雜，容易影響顯示的效果，而液晶顯示屏顯示清晰，功能多樣化，可以顯示漢字、字符、自定義圖形等，控制方便。比較研究后，設(shè)計(jì)這款貪吃蛇游戲選定液晶顯示屏作為游戲機(jī)的可視界面。

RT12864是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件。在設(shè)計(jì)中使用RT12864簡(jiǎn)化硬件電路的設(shè)計(jì)，美化可視化的界面。

圖2：鍵盤設(shè)計(jì)

圖3：聲音模塊部分

圖4：貪吃蛇的外觀設(shè)計(jì)圖

圖5

圖6

圖7

2.3 鍵盤設(shè)計(jì)部分

鍵盤設(shè)計(jì)部分是根據(jù)游戲設(shè)計(jì)功能來(lái)確定的。在顯示部分有開始游戲、地圖設(shè)置、難度設(shè)置、音樂開關(guān)四個(gè)指令，配置一個(gè)確定按鈕，一個(gè)取消按鈕，聲音控制按鈕2個(gè)分別是音量加和音量減。在選擇指令和游戲過程中，貪吃蛇的運(yùn)動(dòng)方向有上下左右四個(gè)方向，也配置四個(gè)按鈕分別實(shí)現(xiàn)向上、向下、向左、向右，還配置一個(gè)暫停功能的按鈕。單片機(jī)的P2接口控制這7個(gè)按鈕，如圖2所示。

2.4 聲音部分

聲音部分通過單片機(jī)控制單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生不同頻率的方波，通過LM386功放電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出不同音調(diào)的音樂，再利用延遲來(lái)控制發(fā)音時(shí)間的長(zhǎng)短的。聲音模塊設(shè)計(jì)部分如圖3所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

微處理器采用AT89C55單片機(jī)，因?yàn)槌绦蛞獙?shí)現(xiàn)的功能較多，程序采用模塊化的設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)程序由主程序和一系列的子程序構(gòu)成。貪吃蛇主程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化及各子程序的調(diào)用。貪吃蛇功能的子程序要設(shè)置蛇的身體以及邊界，食物作為隨機(jī)出現(xiàn)的一個(gè)點(diǎn)位置，蛇頭移動(dòng)的方向及下一個(gè)點(diǎn)位置更新的存儲(chǔ)，蛇身碰到墻或者邊界則游戲結(jié)束。使用KeilC來(lái)實(shí)現(xiàn)程序編程，便于導(dǎo)入Protues的智能仿真軟件。

4 外觀設(shè)計(jì)

這款貪吃蛇的游戲機(jī)的外觀設(shè)計(jì)是根據(jù)硬件原理圖和電路制版的大小確定的。使用三維繪圖軟件PRO-ENGINEER來(lái)完成貪吃蛇的外觀，外觀圖主要是液晶顯示和鍵盤外觀圖部分可見，其它部分不可見，底部可以使用螺絲擰合。外觀設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

5 仿真調(diào)試的結(jié)果

在完成貪吃蛇的原理圖設(shè)計(jì)和相應(yīng)的程序后再Proteus仿真軟件上進(jìn)行貪吃蛇游戲機(jī)的仿真調(diào)試，能夠正確的達(dá)到預(yù)期的效果，可以進(jìn)行地圖等級(jí)和難度等級(jí)的選擇來(lái)覺得游戲的難度增加游戲的有趣性，滿足不同人群的需要。仿真開始的頁(yè)面如圖5所示，地圖設(shè)置的界面如圖6所示，游戲過程圖的界面如圖7所示。

6 結(jié)論

本研究是基于 AT89C55 單片機(jī)為控制核心的貪吃蛇游戲機(jī)的綜合設(shè)計(jì)，主要包括控制部分，最小硬件系統(tǒng)，顯示部分，聲音部分，鍵盤部分的設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)各方面的功能。如可以通過按鍵多樣選擇游戲的地圖形狀，增加游戲的趣味性；可以根據(jù)不同的游戲者能力來(lái)選擇難度，增加挑戰(zhàn)性；可以選擇音樂的開關(guān)和音調(diào)的大小，而且顯示頁(yè)面清晰明了，外觀操作界面簡(jiǎn)單方便，人人可以快速使用。