基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)緒論1.1研究背景及意義時(shí)代在不斷的進(jìn)步，人們的生活節(jié)奏也因此不斷加快，越來(lái)越多的人加入了經(jīng)濟(jì)化全球化的世界。人們不再只需要保持自己的小世界，加班、旅游已逐漸代替了人們的正常工作，成為我們必然的公務(wù)。同時(shí)，我們可以供隨時(shí)隨地的休閑娛樂(lè)，因而休閑類(lèi)的小游戲已經(jīng)逐漸成為生活的必需品，漸漸得變得無(wú)所不在，滲入我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)部分。貪食蛇這款經(jīng)典的小游戲具有可塑性強(qiáng)、簡(jiǎn)單易行、通俗易懂、操作方便、娛樂(lè)性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此引來(lái)了不少人們的青睞。這款小游戲牢牢地把握住了人們追求娛樂(lè)的心理，看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但真正接觸的時(shí)候毫無(wú)違和感，甚至?xí)杏X(jué)到其樂(lè)無(wú)窮，在人們不斷尋求探索更多的開(kāi)心和樂(lè)趣下，游戲的到來(lái)給了追逐快樂(lè)的人，和現(xiàn)代人滿意的成功后，在巨大的壓力之下是一種很好的放松工具。當(dāng)今的世界，科技在不斷地發(fā)展，尤其是微電子技術(shù)方面，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和其應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，將人們的生活變得多姿多彩，不在單調(diào)無(wú)趣。單片作為微型計(jì)算機(jī)大家族中不可或缺的一員，微型計(jì)算機(jī)以其良好的穩(wěn)定性，獨(dú)特的構(gòu)造，較低的成本在嵌入式領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。我希望可以通過(guò)這些年來(lái)所學(xué)的知識(shí)將它剖析出來(lái)，使它立體的呈現(xiàn)在面前，真正意義上的了解它的實(shí)質(zhì)，明白它的精髓所在。在編程方面，能力不強(qiáng)的我，更應(yīng)該努力地借助這次機(jī)會(huì)，通過(guò)研究，從實(shí)踐中提升自己的編程能力。故而，我選定了這個(gè)比較有意思的課題。1.2單片機(jī)發(fā)展?fàn)顩r單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)（MCU）。它是在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了振蕩器電路、中央處理單元、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并/串行I/O接口等，有的還包含了A/D轉(zhuǎn)換器?？傃灾?，一個(gè)巴掌大小的單片機(jī)，具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的所有屬性，直接相當(dāng)于一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。由于使用單片機(jī)時(shí)其通常在測(cè)控系統(tǒng)的核心部分并嵌入其中。所以，單片機(jī)也被稱作為嵌入式控制器EMCU（EmbeddedMicroControllerUnit）。單片機(jī)擁有集成度高、體積小、重量輕、處理功能強(qiáng)、電源簡(jiǎn)單、低功耗、可靠性高、價(jià)格低廉、運(yùn)算速度快、易擴(kuò)展、易于使用、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。因此，在工業(yè)控制、通信系統(tǒng)等涉及到的一些領(lǐng)域，基本是到處都可以見(jiàn)到單片機(jī)的蹤影，其技術(shù)的開(kāi)發(fā)和高水平的應(yīng)用已逐漸變成一個(gè)國(guó)家工業(yè)化成就取得高低的關(guān)鍵?；趩纹瑱C(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。早在1974年，世界上第一塊單片機(jī)被美國(guó)的仙童公司研究生產(chǎn)出來(lái)，歷經(jīng)短短數(shù)幾十年的光陰，單片機(jī)便與日俱增，成批地涌現(xiàn)出來(lái)。截至現(xiàn)在，4位、8位、16位單片機(jī)都已經(jīng)被研究出現(xiàn)了，甚至32位的超大規(guī)模集成電路單的片機(jī)也已經(jīng)問(wèn)世了，其性能也在不斷的升高，不斷被改善。在國(guó)內(nèi)的單片機(jī)，起步雖然比較晚，但其潛力已經(jīng)受到越來(lái)越多人的關(guān)注，特別是在工業(yè)控制、自動(dòng)化儀器儀表、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口、智能化外設(shè)等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展較為快速。單片機(jī)的應(yīng)用，對(duì)于產(chǎn)品的升級(jí)，還有機(jī)電一體化都有重要的意義。在工業(yè)控制中的應(yīng)用也十分廣泛，例如，用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，各種報(bào)警系統(tǒng)，工廠流水線的智能化管芯片理與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成的二級(jí)控制系統(tǒng)等。單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。在通信行業(yè)，這種應(yīng)用顯得更加廣泛，手機(jī)從最初的只能實(shí)現(xiàn)基本通話，沒(méi)有其他任何功能，到現(xiàn)在任何一部手機(jī)都擁有各種強(qiáng)大的功能，含有各種不同的應(yīng)用，單片機(jī)的功效被發(fā)揮的淋漓盡致?？梢杂檬謾C(jī)來(lái)聽(tīng)音樂(lè)，玩游戲，攝影等等，而手機(jī)游戲上貪吃蛇游戲就可以利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。即使最新型MCS-51單片機(jī)各種基本的內(nèi)核核心擴(kuò)張和持續(xù)改進(jìn)，但是51系列的單片機(jī)的應(yīng)用依舊是我們國(guó)家的主流模式?；趩纹瑱C(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)?？v觀幾十年的單片機(jī)發(fā)展歷程，它的未來(lái)將向高性能，高速度，低電壓，低價(jià)格和閃存的方向發(fā)展。我們可以預(yù)見(jiàn)的是，單片機(jī)的未來(lái)將變得更加強(qiáng)大、集成度更高、可靠性更高、功耗更低、使用更方便，總之，它的未來(lái)是無(wú)可限量的。1.3LED發(fā)展?fàn)顩r

LED，也就是發(fā)光二極管的英文縮寫(xiě)，是一種固態(tài)的，能夠直接地把電轉(zhuǎn)變成光的半導(dǎo)體電子元件。這種電子元件最早出現(xiàn)在1962年，剛開(kāi)始的時(shí)候只能發(fā)出低光度的紅光，之后慢慢地發(fā)展出其他的單色光，到現(xiàn)在，能發(fā)出的光已經(jīng)遍及可見(jiàn)光、紅外線還有紫外線，光度也得到了較大地提高。而其用途從最開(kāi)始的作為指示燈、顯示板等，到現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用于顯示器、電視機(jī)采光裝飾和照明等。它由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N”結(jié)。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。半導(dǎo)體照明具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，效率高，節(jié)能，抗惡劣環(huán)境，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，響應(yīng)速度快，工作電壓低，安全性好的特點(diǎn)。因此，LED成為白熾燈、日光燈和節(jié)能燈后的第四代照明電光源，同時(shí)也被稱為21世紀(jì)綠色光源。由于LED具有單向?qū)щ娦?，因此它只能往一個(gè)方向?qū)ǎ@種現(xiàn)象被稱為正向偏置，也叫正向偏壓。LED的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)能、壽命長(zhǎng)、防水、不易破損、低功耗、開(kāi)關(guān)具有高速度、微型、高可靠性、光束集中等。它的不足是：顯色性較差、需要專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)電路、起始的成本較高等，因此，傳統(tǒng)的照明也相對(duì)存在一些不足。近年來(lái)白光LED的發(fā)光效率有了顯著提高?；趩纹瑱C(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。1.4設(shè)計(jì)特點(diǎn)以下是課程設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)：1．功能定義，顧名思義是很重要的，尤其是對(duì)于讀程序的人來(lái)說(shuō)，它顯得更為重要，在不斷地修改和完善該程序的過(guò)程中，也能清楚地明白程序中各個(gè)模塊的所起到的作用，從而大大地提高了程序的可讀性。2．主要從main()函數(shù)的功能入手。Main()函數(shù)的主要功能是啟動(dòng)C源程序編譯，主要從main()函數(shù)開(kāi)始讀函數(shù)，可以將其他功能的函數(shù)理解的更加透徹。3．在源程序列表的第一幀，來(lái)分析程序所要達(dá)到的功能，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后在模塊化程序，根據(jù)模塊的功能更加簡(jiǎn)單合理地編寫(xiě)函數(shù)。4．我也學(xué)到了很多的庫(kù)函數(shù)的作用，如很多對(duì)字符串進(jìn)行處理的函數(shù)，還有一些基本的功能我都有了一定的理解。5．它是獨(dú)立于特定的C語(yǔ)言教科書(shū)，重點(diǎn)是C語(yǔ)言的基本特征，以"不變"應(yīng)"萬(wàn)變"，C語(yǔ)言覆蓋的重要基礎(chǔ)知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用，我們需要熟練地掌握C語(yǔ)言。6．根據(jù)實(shí)際出發(fā)，本設(shè)計(jì)可以覆蓋所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，而且它比較能夠滿足工程的實(shí)際需求。再者，本次設(shè)計(jì)能夠激發(fā)我們學(xué)習(xí)的熱情，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，可以根據(jù)實(shí)際編程的要求，提升實(shí)際分析問(wèn)題的能力和編程能力，而且還可以使我們逐步養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣。7．提供綜合實(shí)踐能力的的課程設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步鍛煉學(xué)生。同時(shí)，讓學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，可以鍛煉相互合作的精神，取長(zhǎng)補(bǔ)短，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)。8．通過(guò)觀察網(wǎng)絡(luò)實(shí)例，循序漸進(jìn)地幫助學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。本次課程設(shè)計(jì)將要求、算法還有源程序單獨(dú)分開(kāi)，給學(xué)生營(yíng)造獨(dú)立思考問(wèn)題的條件。在足夠理解要求和算法的前提下，充分了解學(xué)生的要求和算法，再設(shè)計(jì)自己的應(yīng)用。同時(shí)，我也獲得了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)：1)在設(shè)計(jì)之前,要確保對(duì)所設(shè)計(jì)的主題和內(nèi)容有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，了解設(shè)計(jì)的主題和內(nèi)容包含哪些資源。2)對(duì)于設(shè)計(jì)程序而言，在采用什么編程語(yǔ)言這方面并不是特別重要,核心在于思路要清晰和軟件流程圖要完整。所以，第一步是要搞清楚設(shè)計(jì)原理與思路，然后再畫(huà)出軟件流程圖，按這樣的步驟，設(shè)計(jì)起來(lái)就比較方便快捷了。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。作為最為經(jīng)典和最具有代表性的休閑小游戲之一的貪吃蛇，其玩法準(zhǔn)則是：玩家想要控制蛇移動(dòng)的方向，必須熟練地掌握上、下、左、右四個(gè)方向鍵，在一個(gè)個(gè)的小方格上吃掉出現(xiàn)的食物。蛇每吃完一次食物后，蛇身變相應(yīng)地增長(zhǎng)一節(jié)，一節(jié)即為一個(gè)單位距離，蛇在游動(dòng)時(shí)，碰到蛇身或者是屏幕框，都表示該游戲結(jié)束?；趩纹瑱C(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.2.1硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的硬件設(shè)備主要包括51系列單片機(jī)，8*8點(diǎn)陣屏等。本次課程設(shè)計(jì)單片機(jī)選擇的是由飛利浦公司生產(chǎn)的低功耗高性能的CMOS型8位單片機(jī)。之所以選擇它，是因?yàn)樗鼡碛袃?nèi)置的一次性可編程只讀存儲(chǔ)器的64K字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）和1K字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM)，它能夠滿足游戲?qū)Υ鎯?chǔ)空間的要求。8*8點(diǎn)陣屏選擇的是ARK-SZ411288K，它能夠直接與CPU相連接。2.2.2軟件設(shè)計(jì)軟件方面主要為匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言、嵌入式操作系統(tǒng)。采用C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序能夠很容易地在不同類(lèi)型的計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行移植[1]。在以后的發(fā)展中，各類(lèi)型號(hào)的單片機(jī)種類(lèi)會(huì)進(jìn)一步增加，而開(kāi)發(fā)工具和過(guò)程會(huì)逐步趨向于統(tǒng)一，軟件和硬件差別會(huì)更加難以區(qū)分[2]。本設(shè)計(jì)使用uVision3進(jìn)行程序軟件編譯。只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能夠體會(huì)到KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解[3]。用uVision3軟件編寫(xiě)程序時(shí)，由于uVision3一般只能修改語(yǔ)法上的錯(cuò)誤，不好檢查算法上的問(wèn)題，而且如果直接下到單片機(jī)里，會(huì)因?yàn)殡娐钒宓南拗贫沟谜{(diào)試不方便，所以，在這里，本設(shè)計(jì)選擇使用Proteus軟件進(jìn)行電路的仿真。它運(yùn)行與Windows操作系統(tǒng)上，可以繪制電路原理圖，仿真、分析各種模擬器件和集成電路，支持主流單片機(jī)系統(tǒng)和多種外圍芯片的仿真，提供軟件調(diào)試功能，支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境[4]。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.18*8LED點(diǎn)陣的原理說(shuō)明 ARK-SZ411288K是本次課程設(shè)計(jì)所選用的點(diǎn)陣顯示模塊。它是一個(gè)8*8的點(diǎn)陣顯示模塊，總共由64個(gè)發(fā)光二極管組成，且每個(gè)發(fā)光二極管都處于行線和列線的交點(diǎn)上。當(dāng)相對(duì)應(yīng)的某一列置1電平，某一行置0電平，則位置所對(duì)應(yīng)的二極管就變亮。值得一說(shuō)的是，ARK-SZ411288K能夠與CPU直接連接，再根據(jù)其引腳說(shuō)明，將其各個(gè)引腳與相對(duì)應(yīng)的I/O口相連。3.2LED陣列驅(qū)動(dòng)電路基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。至少需要10~20mA的電流才能正向地點(diǎn)亮一顆LED，如果通過(guò)的電流不足夠大，那么LED所發(fā)出的光就比較暗。而無(wú)論是89C51單片機(jī)的I/O口，或是TTL、CMOS的輸出，高輸出電流并不是很高，才不過(guò)1~2毫安，故而，很難直接地對(duì)LED高態(tài)驅(qū)動(dòng)。在這種時(shí)候，我們就需要增加額外的輔助驅(qū)動(dòng)電路，本次課程設(shè)計(jì)選用的是74HC595，采用74HC595芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)LED可以有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：速度快，功耗小，LED的數(shù)量隨意。既能夠控制LED的共陰極顯示器，也可以控制LED的共陽(yáng)極顯示器，同時(shí)，還可以通過(guò)軟件來(lái)控制LED的亮度，并且在需要的時(shí)候，能夠關(guān)斷顯示，從而降低功耗，還能夠隨時(shí)喚醒顯示。采用74HC595設(shè)計(jì)的電路，軟硬件設(shè)計(jì)都相對(duì)比較簡(jiǎn)單，而且功耗較低，驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，所占用的I/O口線較少，成本較低，是一種應(yīng)用十分靈活的設(shè)計(jì)方案?；趩纹瑱C(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。系統(tǒng)采用的硬件設(shè)備主要包括51系列單片機(jī)，8*8點(diǎn)陣屏等。51系列單片機(jī)采用了飛利浦（PHILIPS）公司生產(chǎn)的型號(hào)為P87C51RD2的低功耗高性能的CMOS型8位單片機(jī)。選擇它是因?yàn)椋鼉?nèi)置了64Kbytes的OTP只讀程序存儲(chǔ)器（RAM）和1Kbytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM)，能滿足游戲?qū)Υ鎯?chǔ)空間的要求。另外配備了32個(gè)可編程的I/O端口，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)7中斷源4優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片振蕩器及時(shí)鐘電路[5]74HC595里含有串/并出移位寄存器和三態(tài)輸出鎖存器。寄存器和鎖存器有著各自的時(shí)鐘輸入(SCLK和SLCK)，它們有效電平都是上升沿。當(dāng)SCLK由低電平跳向高電平時(shí)，串行輸入數(shù)據(jù)(SDA)移入寄存器；當(dāng)SLCK由低電平跳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，鎖存器將寄存器的數(shù)據(jù)置入。清除端(CLR)的低電平只對(duì)寄存器復(fù)位(QS為低電平)，而對(duì)鎖存器無(wú)影響。當(dāng)輸出允許控制（EN）為高電平時(shí),并行輸出(Q0～Q7)為高阻態(tài)，而串行輸出(QS)不受影響。74HC595最多需要5根控制線，即SDA、SCLK、SLCK、CLR和EN。其中，CLR能夠直接接到高電平，并且用軟件可以實(shí)現(xiàn)寄存器的清零；若是不需要用軟件改變亮度，則EN可以直接接到低電平，使用硬件來(lái)改變亮度。將余的三根線與單片機(jī)的I/O口相連，能夠控制LED。數(shù)據(jù)SDA口送入74HC595，在每個(gè)SCLK的上升沿，SDA口上的數(shù)據(jù)移入寄存器，在SCLK的第9個(gè)上升沿，數(shù)據(jù)開(kāi)始從QS移出。如果把第二個(gè)74HC595的SDA和第一個(gè)74HC595的QS連接，數(shù)據(jù)移動(dòng)到第二個(gè)74HC595中，按照此方法，逐次接下去，能夠接任意多個(gè)。所有的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，給SLCK一個(gè)上升沿，將寄存器中的數(shù)據(jù)送入鎖存器中。如果EN為低電平，數(shù)據(jù)即從并口Q0～Q7輸出，把Q0～Q7與LED的8段相接，LED就可以實(shí)現(xiàn)顯示了。要想軟件改變LED的亮度，只需改變EN的占空比就行了[6]。其中，點(diǎn)陣的亮度可以使用改變輸入電壓來(lái)改變[7]。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)主要模塊介紹基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。貪吃蛇操作過(guò)程中有多種狀態(tài)，采用宏定義，使各種狀態(tài)一目了然，思路清晰。同時(shí)再編寫(xiě)代碼時(shí)，采用匈牙利命名規(guī)則命名宏，變量，函數(shù)名，方便閱讀修改[8]?；趩纹瑱C(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。4.1.1主函數(shù)模塊作為程序運(yùn)行時(shí)縮影一般的存在，主函數(shù)是一個(gè)無(wú)限在循環(huán)的程序。它所需要完成的是對(duì)一系列硬件軟件的初始化，并且利用定時(shí)中斷來(lái)控制游戲的時(shí)鐘，還要調(diào)用其他模塊以完成按鍵的處理和蛇的運(yùn)動(dòng)。4.1.2按鍵模塊按鍵模塊包括兩個(gè)部分：按鍵檢測(cè)模塊和按鍵處理模塊。按鍵檢測(cè)模塊初始化按鍵對(duì)應(yīng)的管腳，利用查詢方式檢測(cè)按鍵對(duì)應(yīng)的變量值改變。按鍵處理模塊針對(duì)不同狀態(tài)下，對(duì)按鍵做出不同的處理。4.1.3蛇運(yùn)動(dòng)控制模塊該模塊負(fù)責(zé)控制蛇的運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)，包括在剛開(kāi)始游戲時(shí)對(duì)蛇進(jìn)行初始化，蛇運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)蛇移動(dòng)的處理，蛇吃掉出現(xiàn)的食物后的處理。4.2主程序工作流程系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)的。按軟件的功能來(lái)分，可分為執(zhí)行軟件和監(jiān)控軟件。執(zhí)行軟件可以完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測(cè)量、計(jì)算、顯示。打印、輸出、控制等；監(jiān)控軟件是專(zhuān)門(mén)用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色。在軟件設(shè)計(jì)上，通常要考慮如下幾個(gè)方面問(wèn)題：1.根據(jù)軟件的功能要求，將系統(tǒng)軟件分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分。整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，明確，軟件開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，還有合理的工作流程。2.每個(gè)功能程序要實(shí)現(xiàn)模塊化、子程序化。不僅方便調(diào)試，連接，也能方便移植和修改。3.編寫(xiě)應(yīng)用軟件之前，要先繪制出程序流程圖。4.要合理分配系統(tǒng)資源。C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化的高級(jí)語(yǔ)言，其優(yōu)點(diǎn)是可讀性好，移植容易[9]，是普遍使用的一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。具體的實(shí)施步驟為：1.明確控制要求，繪制電路原理圖。2.參考相關(guān)文獻(xiàn)，檢查電路圖是否正確。3.根據(jù)電路原理圖焊接電路板，嘗試制作貪吃蛇模型。4.分析操作流程，繪制程序流程圖。5.編寫(xiě)程序代碼，不斷改善。6.運(yùn)用已學(xué)軟件，對(duì)程序進(jìn)行初步調(diào)試。7.配合貪吃蛇硬件部分，并努力完善其功能，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求?；趩纹瑱C(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。主程序工作流程如圖1所示：基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。 圖1貪吃蛇流程圖系統(tǒng)上電后，首先初始化LED，然后初始化定時(shí)器，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，再然后執(zhí)行程序主體邏輯，程序主體邏輯經(jīng)過(guò)一遍執(zhí)行后，立即檢查有無(wú)中斷發(fā)生。該游戲的中斷源有兩個(gè)，一個(gè)是定時(shí)器中斷驅(qū)動(dòng)蛇自動(dòng)向前，另一個(gè)是用戶通過(guò)控制按鍵來(lái)控制貪吃蛇移動(dòng)的中斷，二者中任意一個(gè)中斷的發(fā)生都能夠使蛇的當(dāng)前狀態(tài)發(fā)生改變。如果沒(méi)有中斷產(chǎn)生，主程序則繼續(xù)判斷蛇身是否相撞或者蛇頭是否碰到主屏幕；只要滿足以上所說(shuō)任意條件，則表示結(jié)束游戲，不然游戲繼續(xù)執(zhí)行主體循環(huán)?；趩纹瑱C(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。該程序的入口地址是Main()函數(shù)，從執(zhí)行程序的功能開(kāi)始，將各個(gè)模塊串聯(lián)起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)游戲的各種功能。首先完成軟件硬件的初始化任務(wù)然后進(jìn)入一個(gè)循環(huán)，反復(fù)檢測(cè)有無(wú)按鍵、處理按鍵、處理蛇運(yùn)動(dòng)、處理時(shí)鐘節(jié)拍這四件事情[10]?；趩纹瑱C(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。4.3游戲設(shè)計(jì)思想按設(shè)計(jì)要求可以得出，游戲的核心是解決LED顯示屏的顯示和蛇身的運(yùn)動(dòng)處理的問(wèn)題。將貪吃蛇的每一節(jié)蛇身大小定義為一個(gè)單位矩陣，食物大小與一節(jié)蛇身大小相同，也是一個(gè)單位矩陣。當(dāng)蛇開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：1.蛇身的運(yùn)動(dòng)處理。用戶每按下一個(gè)鍵，蛇身都將開(kāi)始進(jìn)行柔體運(yùn)動(dòng)。所謂的柔體運(yùn)動(dòng)，就是指蛇的運(yùn)動(dòng)并不與整條蛇的運(yùn)動(dòng)方向一致，而是指在每個(gè)時(shí)鐘到來(lái)時(shí)，由蛇頭帶動(dòng)每一個(gè)點(diǎn)陣的方向向下一個(gè)點(diǎn)陣傳播，然后自己向新的方向運(yùn)動(dòng)一步。運(yùn)動(dòng)之后，下一個(gè)點(diǎn)陣就得到了上一個(gè)點(diǎn)陣的方向，然后按照上一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)同樣的一步。因此，它能夠立即填補(bǔ)上一點(diǎn)的位置，如此類(lèi)推。在實(shí)際設(shè)計(jì)蛇運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，我們需要把貪吃蛇蛇尾的那個(gè)點(diǎn)陣給去掉，然后在蛇頭的新方向上放一個(gè)點(diǎn)陣。所以，一個(gè)函數(shù)的定義是用來(lái)更新一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，只要確定蛇頭或蛇尾的坐標(biāo)還有其運(yùn)動(dòng)的方向，我們就可以調(diào)用此函數(shù)來(lái)更新蛇頭或蛇尾的坐標(biāo)。與此同時(shí)，調(diào)用有關(guān)的顯示函數(shù)來(lái)達(dá)到對(duì)蛇運(yùn)動(dòng)處理的效果。2.在吃到食物后對(duì)蛇的處理。蛇頭和食物坐標(biāo)相同時(shí)，則表示貪吃蛇吃到食物。如果吃到了食物，那么就在蛇頭的位置加上一個(gè)單位點(diǎn)陣，同時(shí)需要立即再更新下一個(gè)食物的坐標(biāo)。3.隨機(jī)放置新的食物。貪吃蛇吃掉食物后，我們通過(guò)更新食物的坐標(biāo)來(lái)產(chǎn)生新的食物。在放置食物時(shí)，我們需要調(diào)用一個(gè)判斷函數(shù)來(lái)判斷產(chǎn)生的新食物的坐標(biāo)與蛇身是否重疊，如果重疊了，那么則需要重新放置，然后再重新判斷，直到產(chǎn)生的新的食物和蛇身坐標(biāo)不相互重疊為止。4.死亡處理。蛇在運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果蛇頭碰到顯示屏邊框或是蛇身，那就表示游戲結(jié)束了。4.4LED點(diǎn)陣初始化初始化LED點(diǎn)陣，就是把點(diǎn)陣內(nèi)所含有的全部信息清除，讓其沒(méi)有任何信息，內(nèi)部變空，然后在事先所指定的位置處顯示蛇的初始位置和食物的初始位置。初始化程序如下： voidInit() { for(i=3;i<SNAKE+1;i++) //SNAKE是蛇的最大長(zhǎng)度 x[i]=100; for(i=3;i<SNAKE+1;i++) y[i]=100; //初始化 x[0]=4;y[0]=4;//果子 n=3;//蛇長(zhǎng)n=-1 x[1]=1;y[1]=0;//蛇頭基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。 x[2]=0;y[2]=0;//蛇尾1基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。 addx=0;addy=0;//位移偏移 }4.5貪吃蛇的移動(dòng)當(dāng)食物沒(méi)有被蛇吃掉時(shí)，每前進(jìn)一個(gè)單位點(diǎn)陣，蛇頭所要到的下一個(gè)單位點(diǎn)陣（即LED燈）變亮，相應(yīng)地，蛇尾的那個(gè)LED燈就會(huì)熄滅。設(shè)計(jì)程序時(shí)，我們只需要把蛇尾那個(gè)點(diǎn)陣的坐標(biāo)傳給蛇頭下一個(gè)點(diǎn)陣的坐標(biāo)，然后再改變蛇尾的值就可以了。而蛇頭的下一個(gè)位置是根據(jù)蛇頭和偏移量來(lái)決定的，每次四個(gè)方向按鍵決定了蛇運(yùn)動(dòng)的偏移量，將蛇頭的位置加上偏移量的值就能夠得到新的蛇頭地位置。當(dāng)蛇頭碰到周?chē)钠聊贿吙蚧蛘吲龅阶约旱纳眢w時(shí)，就表示蛇死了，并且游戲就此結(jié)束。其中游戲暫停的處理是通過(guò)關(guān)閉定時(shí)器2實(shí)現(xiàn)的[11-13]。4.6食物的隨機(jī)出現(xiàn)我們需要保證食物的出現(xiàn)是隨機(jī)的，此時(shí)就需要調(diào)用一個(gè)隨機(jī)函數(shù)，而且還要保證食物出現(xiàn)的位與蛇的位置不同，即不能重疊，也不能超出點(diǎn)陣屏外，不然就需要重新確定食物的位置。在這里，我們采用程序中的定時(shí)計(jì)數(shù)器中的低八位TL0的數(shù)值，因?yàn)門(mén)L0在不斷地變化，所以在不同的時(shí)間點(diǎn)所產(chǎn)生的數(shù)值也不同，在這里使用C++語(yǔ)言中的stdlib.h文件庫(kù)，調(diào)用里面的隨機(jī)函數(shù)srand()，先用srand(TL0)獲得TL0的數(shù)值，再用rand()%8兩次，分別得到食物出現(xiàn)時(shí)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。5聯(lián)調(diào)與測(cè)試5.1軟件調(diào)試基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。使用uVision3作為該程序的軟件編譯器。在打開(kāi)uVision3來(lái)編寫(xiě)此程序時(shí)，由于uVision3通常只能改正語(yǔ)法上的錯(cuò)誤，不好檢查算法上的問(wèn)題，直接下到單片機(jī)里又會(huì)受到電路板的限制使得調(diào)試不方便，因此這里使用Proteus進(jìn)行電路仿真。在實(shí)際操作時(shí)，我們可以先用Proteus軟件，在上面畫(huà)出硬件電路，當(dāng)設(shè)計(jì)完電路后就可以進(jìn)行下一步地仿真。先用鼠標(biāo)雙擊單片機(jī)，再把用uVision3軟件編譯產(chǎn)生的.HEX文件設(shè)定為下載文件，點(diǎn)擊左下方的PLAY鍵就可以開(kāi)始進(jìn)行仿真了，按上下左右?guī)讉€(gè)方向鍵就可以完全控制蛇的運(yùn)動(dòng)方向，注意蛇的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，保證其不碰觸蛇身還有點(diǎn)陣屏即可。當(dāng)仿真出現(xiàn)ANALYSERERRORS時(shí)，就表示此時(shí)的電路有錯(cuò)誤，下面的列表中詳細(xì)說(shuō)明了是哪有錯(cuò)誤，然后根據(jù)提示進(jìn)行排錯(cuò)，接著再進(jìn)行仿真。當(dāng)仿真完成后，就標(biāo)志著這次設(shè)計(jì)已經(jīng)做的差不多了，大體框架已經(jīng)形成了。本設(shè)計(jì)仿真效果如圖2所示。基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。 如圖2仿真圖在Proteus軟件畫(huà)出原理圖后，將已編譯好的源代碼文件調(diào)入，可此時(shí)我們可以在原理圖中看到實(shí)物的模擬運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們可以得出，在使用Proteus進(jìn)行仿真成功后再進(jìn)行動(dòng)手操作，可以大大地提高設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的效率。Proteus支持單片機(jī)匯編語(yǔ)言的編輯/編譯/源碼級(jí)仿真，內(nèi)帶AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如IAR、Keil和Hitech)結(jié)合，進(jìn)行高級(jí)語(yǔ)言的源代碼級(jí)仿真和調(diào)試[14]。因此，Proteus有較高的推廣利用價(jià)值[15]。5.2硬件調(diào)試基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。軟件調(diào)試和Proteus仿真完成后，就可以對(duì)硬件進(jìn)行安裝。該設(shè)計(jì)依據(jù)原先設(shè)計(jì)好的電路原理圖進(jìn)行總體上的布置，也可以再畫(huà)出其PCB圖，然后用人工搭電路的方法來(lái)安裝硬件電路。電路安裝時(shí)，要考慮受熱、元件大小等多方面的影響，在使用電烙鐵時(shí)，應(yīng)掌握好焊接的時(shí)間，電烙鐵停留的時(shí)間太短，焊錫不易完全熔化，形成“虛焊”，而焊接時(shí)間太長(zhǎng)又容易損壞元器件，每一兩秒內(nèi)要焊好一個(gè)焊點(diǎn)，若沒(méi)完成，寧愿等一會(huì)兒再焊一次。其次芯片的擺置要方便連線，焊接時(shí)要先把芯片拔出，等線接好了再插上去。在焊接時(shí)要考慮電路的抗干擾能力同時(shí)要充分考慮電源對(duì)單片機(jī)的影響。每焊接完一個(gè)模塊，要用萬(wàn)能表根據(jù)電路圖檢查有沒(méi)有接錯(cuò)、短路等現(xiàn)象，確認(rèn)正確后再繼續(xù)下一個(gè)模塊[16]。基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。本實(shí)驗(yàn)采用USB接口供電，通過(guò)USB，能夠使單片機(jī)更加穩(wěn)定，在正常的工作范圍內(nèi)使得其能夠更好的工作。實(shí)物圖如下圖3所示： 圖3貪吃蛇實(shí)物圖基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。

基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。 貪吃蛇實(shí)物圖基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。

基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。結(jié)論與展望本次設(shè)計(jì)是基于51單片機(jī)的貪吃蛇游戲，可以挖掘出單片機(jī)的性能，使其得到充分的發(fā)揮，而且此次設(shè)計(jì)還能體現(xiàn)出嵌入式系統(tǒng)節(jié)能、功耗低、便攜性好的特點(diǎn)，使人們的日常生活變得更加輕松快樂(lè)，使身心得到了解放。本論文按照設(shè)計(jì)完成了以下工作：根據(jù)實(shí)際要求，對(duì)系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。以AT89C51作為其控制核心，擴(kuò)展外圍電路，加入8*8LED點(diǎn)陣模塊，還有按鍵模塊等構(gòu)成此款游戲的硬件系統(tǒng)。這款小游戲是所有小游戲中較為簡(jiǎn)單的一個(gè)，可是我卻花了較長(zhǎng)的時(shí)間，直到動(dòng)手時(shí)才后悔上課時(shí)沒(méi)有認(rèn)真聽(tīng)老師講解，尤其是結(jié)構(gòu)體，還有指針的部分，腦子里完全沒(méi)有印象，算是一片空白，還好經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的努力，總體來(lái)說(shuō)，把相關(guān)的一些知識(shí)大概看了一遍，也基本都掌握了相關(guān)的知識(shí)，接著就開(kāi)始編程，說(shuō)實(shí)在的，編程真的是一件很枯燥無(wú)味的事，但是為了這次設(shè)計(jì)，還是不得不堅(jiān)持，根據(jù)老師所介紹的模塊化思想，分步來(lái)編寫(xiě)。而編程又是一件高精度、高模范化的事，對(duì)我來(lái)說(shuō)，這簡(jiǎn)直就是鍛煉我的意志，稍微有點(diǎn)疏忽都可能會(huì)影響到整個(gè)編程，整個(gè)牽一發(fā)而動(dòng)全身，在這個(gè)時(shí)候認(rèn)真、仔細(xì)就顯得十分重要了。剛開(kāi)始編程的時(shí)候，一般都會(huì)覺(jué)得編程十分無(wú)聊，但是當(dāng)程序運(yùn)行成功時(shí)，心底所產(chǎn)生的那種滿足感和喜悅是用語(yǔ)言完全不能表達(dá)出來(lái)的，直接是無(wú)法比擬的。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，充分讓我認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)應(yīng)該要更加著重實(shí)踐，不能只是懂得理論，要懂得制定計(jì)劃，然后想辦法去實(shí)現(xiàn)計(jì)劃，最后要及時(shí)地克服心理上的不良情緒，保持樂(lè)觀積極的態(tài)度去完成自己的任務(wù)?；趩纹瑱C(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。

基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。附錄A：系統(tǒng)原理圖基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。

基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。附錄B：系統(tǒng)PCB圖基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。

附錄C：系統(tǒng)仿真圖基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)?；趩纹瑱C(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。

附錄D：系統(tǒng)實(shí)物圖基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)?；趩纹瑱C(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。附錄E：系統(tǒng)源程序#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineSNAKE20//最大長(zhǎng)度#defineTIME50//顯示延時(shí)時(shí)間#defineSPEED40//速度控制//#definekeyenable1sbitkeyenable=P3^6; //方向使能/*sbitkeyx=P0^1; //左右sbitkeyy=P0^2; //上下 *///sbitup=P0^0;sbitup=P3^1;//downsbitdown=P3^3;sbitright=P3^4;sbitleft=P3^2;ucharx[SNAKE+1];uchary[SNAKE+1];uchartime,n,i,e;//延時(shí)時(shí)間，當(dāng)前蛇長(zhǎng)，通用循環(huán)變量，當(dāng)前速度 charaddx,addy;//位移偏移量/********************延時(shí)程序*********************/voiddelay(charMS){charus,usn;while(MS!=0){usn=0;while(usn!=0){us=0xff;while(us!=0){us--;};usn--;}MS--;}}/*******************************************判斷碰撞*******************************************/bitknock(){bitk;k=0;if(x[1]>7||y[1]>7)k=1;//撞墻for(i=2;i<n;i++)if((x[1]==x[i])&(y[1]==y[i]))k=1;//撞自己returnk;}/*****************上下左右鍵位處理*****************/voidturnkey()//interrupt0using2{//up=1;基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第21頁(yè)。if(keyenable)基于單片機(jī)的貪吃蛇設(shè)計(jì)全文共23頁(yè)，當(dāng)前為第21頁(yè)。{if(left){addy=0;if(addx!=1)addx=-1;elseaddx=1;}if(right){addy=0;if(addx!=-1)addx=1;elseaddx=-1;}if(up){addx=0;if(addy!=-1)addy=1;elseaddy=-1;}if(down){addx=0;if(addy!=1)addy=-1;elseaddy=1;}/*if(keyy){addy=0;//左右if(keyx)if(addx==-1)addx=-1;elseaddx=1;//左elseif(addx==1)addx=1;elseaddx=-1;//右}else{addx=0;//上下if(keyx)if(addy==1)addy=1;elseaddy=-1;//下elseif(addy==-1)addy=-1;elseaddy=1;//上 }*/}}/*****************乘方程序*****************/ucharmux(uchartemp){if(temp==7)return128;if(temp==6)return64;if(temp==5)return32;if(temp==4)return16;if(temp==3)return8;if(temp==2)return4;if(temp==1)retu