单片机课程设计-基于单片机的俄罗斯方块游戏机.docx

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目 录1.设计题目、要求及分工21.1 设计题目21.2 设计要求21.3 分工22.设计方案23.系统硬件电路设计23.1硬件设计整体方框图23.2电源系统23.3 STC89C52单片机介绍33.4 复位电路设计43.5时钟电路设计53.6液晶屏显示模块63.7按键电路设计64.软件系统的分析与设计74.1系统界面整体分析75.调试结果记录及分析75.1仿真结果85.2实物调试结果86.心得体会9参考文献11附录112附录213附录314211.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时钟电路复位电路显示电路按键电路STC89C52单片机电源模块图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3.3 STC89C52单片机介绍图3.3 STC89C52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MOVXRI 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 开机启动动画进入主菜单开始游戏游戏设置最高积分显示单人最高积分添加游戏模式选择返回按键.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，2013:220-2402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，2012:230-2403韩旭，王娣. C语言从入门到精通M.北京:清华大学出版社，2010:244-2604胡仁喜. Altium Designer 16从入门到精通M.北京:机械工业出版社，2016:118-1685 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33PFUSB母座1个附录3关键函数如下所示：俄罗斯方块中文显示界面void game_start_show()bit tpflag=1;/置循环标志位为1LCD_full_draw(start_pic);while(tpflag)switch(basic_button()case 6: tpflag=0; speaker=0;while(button_b=0);speaker=1;break;default:;/game_start_show选择游戏难度级别void select_speed()unsigned char i;bit tpflag=1;/置循环标志为1LCD_clear();for(i=0;i128;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()case 4: if(speed_num!=0)speaker=0;speed_num-;show_speed_num(62,4);speaker=1;while(left=0);break;case 5: if(speed_num!=9) speaker=0;speed_num+;show_speed_num(62,4);speaker=1;while(right=0);break;case 6: tpflag=0; speaker=0;while(button_b=0);speaker=1;break;default:;/选择游戏速度循环人机通信（进行游戏）void Tetris_main()unsigned char i;for(i=0;i19;i+)Box_Rami=Box_Ram_datai;/载入游戏初始化显示画面LCD_draw(mpic);gam