STM32F103VCT6點(diǎn)陣游戲機(jī)電子設(shè)計(jì)報(bào)告

1、隊(duì)員名單：譚承志張一弘戴明峻2021年4月20日京信杯設(shè)計(jì)報(bào)告題目：點(diǎn)陣游戲機(jī)（a題）【摘要】本系統(tǒng)作品采用一個(gè)stm32f103vct6單片機(jī)控制，1個(gè)74hc573鎖存器驅(qū)動(dòng)四位一體數(shù)碼管顯示數(shù)字，四個(gè)74hc595鎖存器驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣屏，4個(gè)水銀管作重力感應(yīng)，8個(gè)微動(dòng)開關(guān)作鍵盤輸入。tda2822搭建的功放電路作音頻輸出。ams1117-3.3作電源部分。用keil編寫程序，可根據(jù)重力方向改變顯示方向，顯示數(shù)字，漢字，大小寫字母等。具有開機(jī)動(dòng)畫，開機(jī)音樂，游戲音樂，6個(gè)游戲，1個(gè)演示功能。游戲部分可存檔可記錄最高分。有方便直觀的人機(jī)界面。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，具有一定的使用價(jià)值?！娟P(guān)鍵詞】stm32單

2、片機(jī) 四位一體數(shù)碼管 點(diǎn)陣屏 手持游戲機(jī) 【abstract】 the system works using a stm32f103vct6 mcu control, a 74hc573 latch driver integrated digital display four digits, four 74hc595 latch driver dot matrix screen, four mercury tube for gravity sensing, 8 fretting switch for keyboard input. tda2822 amplifier circuit built

3、 for audio output. ams1117-3.3 for the power section. written with keil program can change the display orientation according to the direction of gravity, display numbers, characters, uppercase and lowercase letters and so on. with boot animation, boot music, games music, six games, a presentation fu

4、nction. part of the game can be archived to record the highest score. there is a convenient and intuitive user interface. the system is stable, has a certain value.【key word】stm32 mcu four integrated digital lattice screen handheld game console 目錄一 方案論證與比較41.1控制芯片的選取42.2數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的方式42.3光照感應(yīng)及速度調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)方案5二

5、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算72.1系統(tǒng)總體方案72.2硬件電路設(shè)計(jì)72.2.1單片機(jī)控制電路72.2.2數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)82.2.3光照的檢測(cè)電路92.3軟件設(shè)計(jì)流程9三 測(cè)試方法及數(shù)據(jù)103.1測(cè)試方法簡(jiǎn)介103.2基礎(chǔ)部分測(cè)試數(shù)據(jù)103.3發(fā)揮部分測(cè)試數(shù)據(jù)10四 測(cè)試結(jié)果及分析11五 小結(jié)11六 參考文獻(xiàn)11一、方案論證與比較1.1單片機(jī)芯片的選取系統(tǒng)需要能驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣屏，音頻輸出（dac口），spi通信（內(nèi)存卡，無(wú)線收發(fā)模塊），就需要一種強(qiáng)大而穩(wěn)定的單片機(jī)芯片，有了好的單片機(jī)芯片才能保障游戲機(jī)的完美工作?！痉桨敢弧?1系列單片機(jī)，蜂鳴器輸出音頻，模擬spi口，大量鎖存器拓展io口?！痉桨付坑?/p>

6、一個(gè)arduino芯片。arduino是一個(gè)基于開放原始碼的軟硬體平臺(tái)，構(gòu)建于開放原始碼simple i/o介面版，并且具有使用類似java，c語(yǔ)言的processing/wiring開發(fā)環(huán)境。蜂鳴器輸出音頻，模擬spi口，大量鎖存器拓展io口?！痉桨溉縮tm32系列單片機(jī)。具有大量的io口，自帶dac、adc、spi。jtag便宜學(xué)習(xí)資料豐富，32位的單片機(jī)，價(jià)格便宜【方案選擇】綜合優(yōu)缺點(diǎn)分析和學(xué)習(xí)的態(tài)度我們本次使用【方案三】1.2 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的方式要進(jìn)行計(jì)數(shù)就需要能將計(jì)數(shù)狀態(tài)通過人機(jī)交互界面變現(xiàn)出來(lái)，本系統(tǒng)我們采用數(shù)碼管顯示?！痉桨敢弧渴褂?4ls48 bcd七段數(shù)碼管譯碼器將單片機(jī)io

7、口的二進(jìn)制數(shù)據(jù)直接譯碼，并連接到四位一體數(shù)碼管，通過快速閃爍切換形成視覺殘留顯示4為數(shù)字?！痉桨付渴褂靡黄?4hc573鎖存器提供電流，利用單片機(jī)內(nèi)部保存譯碼表實(shí)現(xiàn)軟解碼。同樣通過快速閃爍切換形成視覺殘留顯示4為數(shù)字。【方案選擇】方案一線路簡(jiǎn)單，可以便捷的實(shí)現(xiàn)基本功能，但是使用局限性較多，不能顯示非數(shù)字信息。方案二控制復(fù)雜但自定義顯示的信息，甚至能顯示16進(jìn)制數(shù)據(jù)，可以輕松拓展。綜上所述，為了能實(shí)現(xiàn)更多功能我們選擇方案二。1.3點(diǎn)陣屏的設(shè)計(jì)方案【方案一】占用pd、pe兩組共32個(gè)io口驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣屏【方案二】使用4個(gè)74hc595鎖存器控制點(diǎn)陣屏并提供電流【方案選擇】方案一需三極管等其他元件提供

8、電流驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣屏并占用io口過多。ab組具有大量spi、tx、rx等功能接口、方案二鎖存器集拓展io口和提供電流為一體。只需要6個(gè)io口即可驅(qū)動(dòng)。綜上所述選擇方案二。1.1功放電路的選取系統(tǒng)解碼的wav文件輸出電流為幾百ua遠(yuǎn)不足以驅(qū)動(dòng)喇叭。故需要功率放大器驅(qū)動(dòng)?！痉桨敢弧浚夯诩蒳c tad2822的功率放大電路如圖，輸入信號(hào)串電阻器到地，保證了音頻輸入的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)電阻器可改變聲音的大小，外圍電路簡(jiǎn)單，做pcb方便電路分析：輸入的音頻模擬信號(hào)經(jīng)過pwm電路調(diào)制處理后，形成占空比同輸入信號(hào)成一定比例的脈沖鏈，經(jīng)過開關(guān)電路放大后，由低通濾波器濾除高頻成分，還原出已放大的輸入信號(hào)波形，由揚(yáng)聲器放

9、音。從上述場(chǎng)效應(yīng)管h橋式電路輸出的脈沖波是不便直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲的。為了重現(xiàn)放大的音頻信號(hào)，輸出波形必須恢復(fù)到原來(lái)的正弦波。d類放大器的設(shè)計(jì)，大都采用低通濾波器來(lái)解決。由于音頻的頻帶范圍為20hz20khz，搜索而載波頻率通常是它的5倍以上，因此，濾除載波頻率的過程相當(dāng)于就是在揚(yáng)聲器前面接一個(gè)截止頻率約為25khz左右的低通濾波器。而在運(yùn)用到重低音功放時(shí)，由于處理的是低頻，低通的截止頻率可以降低到5khz左右。 濾波器的設(shè)計(jì)要求較高，可能會(huì)引起射頻干擾。為降低功耗，采用被動(dòng)元件。【方案二】：基于運(yùn)算放大器的功率放大電路此功放電路外圍電阻電容較多，不便于印刷電路的制作，對(duì)于游戲的重低音和鼓點(diǎn)音的

10、放大效果不佳，并且伴有雜音【方案三】：分立元件搭建的功率放大電路雖然此電路放大音質(zhì)很好，但是pcb上用分立元件搭建功放電路十分麻煩，占用了大量的空間，也不經(jīng)濟(jì)，另外這個(gè)電路的抗干擾能力不好，容易產(chǎn)生自激振蕩，容易產(chǎn)生雜音。 【方案選擇】：綜上，選擇方案一，有外圍電路簡(jiǎn)單，聲音可調(diào)，噪音較小等優(yōu)點(diǎn)二、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)置2.1系統(tǒng)總體方案3.3v電源stm32vct6硬件按鍵&重力功放icspi74hc57374hc595喇叭sd卡數(shù)碼管點(diǎn)陣屏點(diǎn)陣屏緩沖數(shù)碼管緩沖鍵盤緩沖dac數(shù)碼管緩沖api 存檔 rhythm 青蛙過河貪食蛇主菜單演示坦克大戰(zhàn)getlove打飛機(jī)字庫(kù)2.2硬件電路設(shè)計(jì)2.2

11、.1單片機(jī)控制電路如圖為stm32f103vct6單片機(jī)最小系統(tǒng)，采用8mhz晶振。3.3v直流供電。2.2.2數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)如圖為數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路，采用74hc573芯片為數(shù)碼管顯示提供了充足的電流。74hc573包含八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，是一種高性能硅門cmos器件。74hc573八數(shù)據(jù)鎖存器都是透明的d 型鎖存器，當(dāng)使能（g）為高時(shí)，q 輸出將隨數(shù)據(jù)（d）輸入而變。當(dāng)使能為低時(shí)，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時(shí)，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動(dòng)大電容或低阻抗負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動(dòng)總線，而不需要外接

12、口。特別適用于緩沖寄存器，i/o 通道，雙向總線驅(qū)動(dòng)器和工作寄存器。真值表oe(輸出使能) le（鎖存使能） d q（輸出） l h h h l h l l l l x qo h x x z2.2.3jtag下載端口電路2.2.4藍(lán)牙預(yù)留口2.2.5 2.4g無(wú)線通信模塊預(yù)留口2.2.6 micro sd卡卡槽p9為手動(dòng)片選跳針2.2.7鍵盤及重力感應(yīng)電路2.2.8功放電路2.3pcb設(shè)計(jì)由于外設(shè)較多，又要求手持，我們決定嘗試使用pcb進(jìn)行硬件焊接。pcb top層。印刷有我們的logopcb bottom層2.4軟件設(shè)計(jì)流程啟動(dòng)設(shè)置并初始化各個(gè)外設(shè)初始化菜單載入開機(jī)動(dòng)畫掃描鍵盤刷新點(diǎn)陣屏刷新

13、數(shù)碼管更新wav數(shù)據(jù)緩存更新隨機(jī)數(shù)種子定時(shí)器中斷？邏輯update2.5游戲介紹l 開機(jī)動(dòng)畫：自制的16*16點(diǎn)陣版bad apple（東方project相關(guān)的一個(gè)pv）l 打飛機(jī)：基于重力感應(yīng)的打飛機(jī)游戲，可由鍵盤控制。具有高分記錄和存讀檔功能。l 坦克大戰(zhàn)：具有豐富設(shè)定的坦克游戲，如裝彈時(shí)間、裝甲厚度、跳彈以及前側(cè)后裝甲區(qū)分。敵人具有一定的ai。l getlove：一款休閑游戲小品，目標(biāo)是躲避“高中校領(lǐng)導(dǎo)”，成功追到“妹子”。l 青蛙過河：相當(dāng)有難度的一個(gè)游戲，要求玩家穿過湍急的河流到達(dá)對(duì)岸。l rhythm：緊隨當(dāng)下流行的節(jié)奏游戲，按照鼓點(diǎn)準(zhǔn)確敲擊。3、 測(cè)試方法及數(shù)據(jù)3.1測(cè)試方法簡(jiǎn)介

14、點(diǎn)陣顯示進(jìn)入主菜單，選擇演示。觀察字母及數(shù)字是否準(zhǔn)確無(wú)誤顯示。中文漢字顯示進(jìn)入主菜單，選擇演示。觀察漢字是否準(zhǔn)確無(wú)誤顯示。重力感應(yīng)進(jìn)入主菜單，選擇演示。轉(zhuǎn)動(dòng)屏幕，觀察字母、數(shù)字及漢字是否準(zhǔn)確無(wú)誤顯示。滾動(dòng)顯示進(jìn)入主菜單，選擇演示。轉(zhuǎn)動(dòng)屏幕，觀察字母、數(shù)字及漢字是否準(zhǔn)確無(wú)誤顯示。手持用雙手托舉，感受手部壓力。打飛機(jī)游戲進(jìn)入主菜單，選擇打飛機(jī)。分別用鍵盤和重力操作飛機(jī)移動(dòng)。開機(jī)音樂打開電源，等待2s。觀察是否播放有音樂。得分功能進(jìn)入主菜單，任意打開一款游戲，操作游戲。觀察數(shù)碼管是否有分?jǐn)?shù)變化。隨機(jī)性進(jìn)入主菜單，任意打開一款游戲，操作游戲。退出，重新打開。觀察游戲內(nèi)容是否變化。想象力進(jìn)入主菜單，打開

15、打飛機(jī)。操作片刻，選擇保存。重新啟動(dòng)后讀取，觀察游戲內(nèi)容是否保留；打開除打飛機(jī)以外的游戲，操作并體驗(yàn)。3.2,基礎(chǔ)部分測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)陣顯示字母及數(shù)字準(zhǔn)確無(wú)誤顯示。中文漢字顯示漢字準(zhǔn)確無(wú)誤顯示。重力感應(yīng)字母、數(shù)字及漢字隨重力變化準(zhǔn)確無(wú)誤顯示。滾動(dòng)顯示字母、數(shù)字及漢字準(zhǔn)確無(wú)誤顯示。手持小巧方便，游戲中無(wú)不適感。3.3發(fā)揮部分測(cè)量數(shù)據(jù)打飛機(jī)游戲鍵盤和重力操作飛機(jī)移動(dòng)正常。開機(jī)音樂打開電源，等待2s。播放有音樂bad apple 及動(dòng)畫。得分功能進(jìn)入主菜單，任意打開一款游戲，操作游戲。數(shù)碼管有分?jǐn)?shù)變化。隨機(jī)性進(jìn)入主菜單，任意打開一款游戲，操作游戲。退出，重新打開。游戲內(nèi)容發(fā)生變化。想象力重新啟動(dòng)后讀取，觀察游戲內(nèi)容保留；打開除打飛機(jī)以外的游戲，體驗(yàn)愉悅。4、 測(cè)試結(jié)果及分析本系統(tǒng)經(jīng)測(cè)試，能完整的實(shí)現(xiàn)題目的基本要求和發(fā)揮要求，并在題目的要求之外加入了豐富多樣的游戲和