基于单片机的俄罗斯方块游戏机课程设计.docx
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基于单片机的俄罗斯方块游戏机课程设计
《单片机原理及应用》
课程设计报告
题目：
俄罗斯方块游戏机
专业：
电子信息工程技术
班级：
电子B1512班
学号：
姓名：
指导老师：
2017-12-01
1.设计题目、要求及分工
1.1设计题目
本课程设计题目是基于51单片机的俄罗斯方块游戏机。
1.2设计要求
本课程设计主要器件是STC89C52单片机和液晶12864,通过单片机发生信号控制液晶屏的显示，使用按键实现游戏的开始、暂停、移动、翻转等。
1.3分工
在本次设计中，张荣俊同学主要负责软件的设计与分析，汤青红同学负责硬件电路的设计。
2.设计方案
本次设计采用STC89C52单片机控制模块，USB电源模块来提供电源，复位模块，12864LCD显示屏进行屏显，晶振与电容实现时钟电路，按键直接接入I/O口，这样可以简化电路。
另外我们还采用了6个按键，分别是左移，右移，下移、方块变化键、确定按键与暂停按键。
3.系统硬件电路设计
3.1硬件设计整体方框图
图3.1硬件设计框图
3.2电源系统
本设计的电源系统比较简单，由USB电源输出5V电源进行供电，具体电路如下图所示：
图3.2电源电路
3.3STC89C52单片机介绍
图3.3STC89C52引脚图
P1口
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写"1"，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。
作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和（P1.1/T2EX）。
P2口
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口P2写"1"，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或16位地数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。
Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。
P3口
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入"1"时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。
P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
RST
复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
ALE/PROG
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是:
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。
如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。
该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。
此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。
PSEN
程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。
在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP
外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。
需注意的是:
如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。
Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
XTAL1
振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2
振荡器反相放大器的输出端。
3.4复位电路设计
单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。
89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。
当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期）以上，则CPU就可以响应并将系统复位。
单片机系统的复位方式有：
手动按钮复位和上电复位。
手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平（图1）。
一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。
当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。
手动按钮复位的电路如所示。
由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。
复位电路连接如图所示：
图3.4复位电路
3.5时钟电路设计
8XX51系列单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：
内部振荡方式和外部振荡方式。
在引脚XTAL1和XTAL2外接晶振，就构成了内部振荡方式。
由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器，并产生振荡时钟脉冲。
晶振通常选用6MHz、12MHz或24MHz。
本次设计中我们选用了12MHz的晶振，晶振与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。
设计中STC89C52使用12MHz晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF到50pF之间，我们选用电容容量为33pF的电容，如图所示即为本设计的振荡电路。
图3.5时钟电路
3.6液晶屏显示模块
液晶显示屏是整个系统硬件的重要组成部分，担当着人机交互的重要角色。
本设计采用铭正同公司生产的MzL02D-12864液晶点阵屏作为显示器件。
它是一块128*64点阵的LCD显示模组，模组上的LCM采用COG技术将控制（包括显存）、驱动器集成在LCM的玻璃上，接口简单，操作方便。
其特点为单电源供电，对比度编程可调，可采用并行接口为6800/8080时序或者串行SPI的MPU接口方式，整块液晶屏由3.3V的白色LED背光，美观大方。
其外接部分分为电源端口、数据端口和命令端口三部分组成。
本设计中LCD的数据端口连接到STC89C51单片机的P0端口，LCD命令端口连接到单片机的P2端口。
具体实物如图所示：
图3.6液晶屏正面图图3.7液晶屏反面图
图3.8液晶屏显示电路
3.7按键电路设计
按键电路模块是智能俄罗斯方块游戏系统的输入器件，它的控制器包括六个按键，分别为：
左移、变形、右移、暂停、下降、确定。
具体硬件电路如下图所示。
图3.8按键电路
4.软件系统的设计
4.1软件系统设计框图
Y
图4.1软件系统设计框图
5.调试结果记录及分析
5.1仿真结果
图5.1仿真电路图
5.2实物调试结果
图5.2实物主界面图图5.3实物速度设置界面图
图5.4实物游戏界面图图5.5实物游戏得分界面图
5.6实物游戏结束界面图
6.心得体会
我在这次中主要负责软件的调试以及协调好软硬键的通讯。
软件调试中，发现了乱码的现象，开始调试是弄不清是软件的问题还是硬件的问题，这给了我一个很大的教训，软件硬件不能同时调试，只有确认一个没问题后才能更好的调试另一个。
最后发现是由软件引起数据冲突造成的。
此外还出现的各种各样的BUG，例如游戏得分系统和人机通讯系统也会出现问题，有个问题更是莫名其妙，比如按着按着出现界面停顿现象，甚至出现了死机现象，而实际游戏中这种现象是万万不允许的。
开始以为是电平干扰所引起的，但是接稳定的电压也会出现这种情况。
回去检查代码时已经是1000多行代码了，从主函数慢慢往下看，虽然注释的比较详细但是问题却很难找到，然而BUG事实却摆在那里。
不修复则游戏无法进行。
我终于体会到程序员的辛苦和无奈。
只能回到最初的流程图从底层驱动函数和算法逻辑慢慢整理，才发现我的程序出现的多么大的问题，没有用好指针，指针出现了问题给程序带来的灾难性的后果。
还有一些变量的初始化没有赋值，
初始化指针中没用明确的指向，函数没有返回。
这些都是细节问题，任何一个关键变量没有用好都会出现很大的问题。
更重要的教训是编程思路一定要清晰，这就要求编写代码之前流程图都要画好。
还有就是编写程序时头脑要清醒不能打疲劳战，有时候变量的赋值过程中脑袋里想的是赋值为1而键盘中赋值的确实0；这种情况也是最难找的，因为是自己写的程序，潜意识以为是正确的，就去找别处的错误了。
只有一个一个的找才能找出来。
找到之后，真的很后悔当初的粗心
参考文献
[1]张毅刚.单片机原理及接口技术[M].北京:
人民邮电出版社，2013:
220-240
[2]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京:
电子工业出版社，2012:
230-240
[3]韩旭，王娣.C语言从入门到精通[M].北京:
清华大学出版社，2010:
244-260
[4]胡仁喜.AltiumDesigner16从入门到精通[M].北京:
机械工业出版社，2016:
118-168
[5]王东锋，董冠强.单片机C语言应用100例[M].北京:
电子工业出版社，2009:
182-200
附录1
整体电路原理图：
PCB图：
附录2
元件清单:
元件名称
规格
元件名称
规格
可调电阻
10K
单片机
STC89C52
按键
6个
液晶显示屏
LCD12864
晶振
12M
滑动变阻器
10K
瓷片电容
33PF
USB母座
1个
附录3
关键函数如下所示：
①俄罗斯方块中文显示界面
voidgame_start_show（）
{
bittpflag=1;//置循环标志位为1
LCD_full_draw（start_pic）;
while（tpflag）
{
switch（basic_button（））
{
case6:
tpflag=0;
speaker=0;
while（button_b==0）;
speaker=1;
break;
default:
;
}
}//game_start_showÑ »·
}
②选择游戏难度级别
voidselect_speed（）
{
unsignedchari;
bittpflag=1;//置循环标志为1
LCD_clear（）;
for（i=0;i<128;i++）
{
LCD_display_byte（i,0,0xff）;
LCD_display_byte（i,7,0xff）;
}
LCD_display_byte（60,4,0x7f）;
LCD_display_byte（59,4,0x3e）;
LCD_display_byte（58,4,0x1c）;
LCD_display_byte（57,4,0x08）;
LCD_display_byte（67,4,0x7f）;
LCD_display_byte（68,4,0x3e）;
LCD_display_byte（69,4,0x1c）;
LCD_display_byte（70,4,0x08）;
LCD_display_word（speed_data,24,3,52）;
show_speed_num（62,4）;
while（tpflag）
{
switch（basic_button（））
{
case4:
if（speed_num!
=0）
{
speaker=0;
speed_num--;
show_speed_num（62,4）;
speaker=1;
}
while（left==0）;
break;
case5:
if（speed_num!
=9）
{
speaker=0;
speed_num++;
show_speed_num（62,4）;
speaker=1;
}
while（right==0）;
break;
case6:
tpflag=0;
speaker=0;
while（button_b==0）;
speaker=1;
break;
default:
;
}
}//选择游戏速度循环
}
③人机通信（进行游戏）
voidTetris_main（）
{
unsignedchari;
for（i=0;i<19;i++）
{
Box_Ram[i]=Box_Ram_data[i];
};//载入游戏初始化显示画面
LCD_draw（mpic）;
game_over_flag=0;//游戏结束标志位置0表示游戏未结束
box_build（）;
box_load（）;
box_to_Box_Ram（s_box.x,s_box.y,s_box.box）;
box_down_reg=（20-（speed_num<<1）-1）;//为了使方块一出现就能变换形状，所以需要尽快使得方块下降一行，不知道为什么最高行不行变换形状
time0_initialize（）;
while（!
game_over_flag）//如果游戏结束标志位置1，表示游戏结束，打破循环，调用游戏结束画面显示函数
{
game_button（）;
}
EA=0;//游戏结束后关总中断
}
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