大学单片机毕业设计课程设计-俄罗斯方块

信息与电子工程学院题目：俄罗斯方块班级：12应用电子技术3班材料包括仿真图、PCB、软件、制作图片等学习可留言时间：2014-6-2目录一摘要1二设计内容与要求12.1内容12.2要求1三硬件设计说明13.1STC89C52芯片1芯片简介13.1.2电路应用23.1.3主要性能参数23.1.4功能概述23.1.5引脚功能23.274HC573芯片43.2.1芯片简介43.2.2电路应用43.2.3主要性能参数43.2.4功能概述43.2.5引脚功能43.374HC154芯片63.3.1芯片简介63.3.2电路应用63.3.3主要性能参数63.3.4功能概述63.3.5引脚功能6四工作原理8系统总体框图8端口去向表8硬件工作原理9最小系统模块工作原理94数码显示模块9点阵驱动模块10按键控制模块11软件工作原理11五调试过程14六总结15附录Ⅰ原理图16附录ⅡPCB图17附录Ⅲ实物图18附录ⅣBOM表20附录Ⅴ仪器型号21参考文献22一摘要在这个信息时代，计算机已经离不开我们的生活，适当的游戏可以带来愉快的心情和健康，俄罗斯方块这个小游戏已经风行全球，是一款老少皆宜的游戏。二设计内容与要求2.1内容我组俄罗斯方块共使用了STC89C52、74HC154和74HC573，三个芯片的共同使用，加上两个8*8的点阵屏来完成硬件的操作。其中共使用6个按键进行功能的操作，每个按键的功能依程序而定分别有：复位、向上、向下、向左、向右和暂停/开始。2.2要求了解集成芯片的作用STC89C52、74HC154和74HC573及引脚功能;掌握电路的接线方式，记下每个按键的功能。了解单片机程序，及实现的功能。掌握电路的根本工作原理，完成各项功能的操作。调试电路，修改并且更正错误。完成课程设计的辩论。三硬件设计说明3.1STC89C52芯片芯片简介STC89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器〔RAM〕，器件采用STC公司的高密度。电路应用STC89C52应用于单片机最小系统模块，实现单片机程序的烧写和实现单片机程序功能的核心局部操作，是电路中最重要的局部。主要性能参数共有11个，分别是：“与MCS-51产品指令和引脚完全兼容、8k字节可重擦写Flash闪速存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz－24MHz、三级加密存程序储器、256*8字节内部RAM、32个可编程I/O口线、3个16位计数/计时器、8个中断源、可编程UART通道、低功耗空闲和掉电模式。〞3.1.4功能概述STC89C52提供以下标准功能：8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I／O口线，3个16位定时／计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，STC89C52可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。3.1.5引脚功能STC89C52的管脚号不同具有不同的功能，表1为STC89C52的P3端口。表SEQ表格\*ARABIC1引脚号第二功能RXD〔串行输入〕TXD〔穿行输出〕INT0〔外部中断0〕INT1〔外部中断1〕T0〔定时器0外部输入〕T1〔定时器1外部输入〕WR〔外部数据存储器写选通〕RD〔外部数据存储器选通〕STC89C52是一只40个引脚的集成芯片，芯片的管脚图如图1所示：图1STC89C52管脚图40：电源，20：接地，9：复位，18、19：晶振。P0口:P0口是一个8位漏级开路的双向I/O口。作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0口端口写“1〞时，引脚作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位是双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动〔吸收或输出电流〕4个TTL逻辑电平。对P1口写“1〞时，内部上拉电阻的原因，将输出电流I。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑电平。对P2口写“1〞时，通过内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流I。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲级可驱动〔吸收或输出电流〕4个TTL逻辑电平。对P3口写“1〞时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入端口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流ILL。P3口除了作为一般、的I/O口线外，更重要的是它的第二功能。3.274HC573芯片3.2.1芯片简介74HC573包含八进制3态非反转透明锁存器，[span]是一种高性能硅门CMOS[span]器件。3.2.2电路应用我组俄罗斯方块电路组成共使用了三个74HC573，接在STC89C52芯片的P0和P3端口，接在P0端口的两个74HC573分别控制这数码管的段选和位选，另一个使用P3端口的74HC573控制着点阵屏的行扫描。3.2.3主要性能参数高性能硅门CMOS器件，SL74HC573跟LS/AL573的管脚一样，器件的输入是和标准CMOS输出兼容的；加上拉电阻，他们能和LS/ALSTTL输出兼容。当锁存使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的〔也就是说输出同步〕。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。操作电压范围：2.0V~6.0V、低输入电流：1.0uA、CMOS器件的高噪声抵抗特性、三态总线驱动输出、置数全并行存取。3.2.4功能概述74HC573的八个锁存器都是透明的D型锁存器，当使能〔G〕为高时，Q输出。将随数据〔D〕输入而变。当使能为低时，输出将锁存在已建立的数据电平上。输出控制不影响锁存器的内部工作，即老数据可以保持，甚至当输出被关闭时，新的数据也可以置入。这种电路可以驱动大电容或低阻抗负载，可以直接与系统总线接口并驱动总线，而不需要外接口。特别适用于缓冲存放器，I/O通道，双向总线驱动器和工作存放器。3.2.5引脚功能74HC573的管脚号不同具有不同的功能，表2为74HC573的功能表。根据下表能清楚的看出每个管脚的功能和作用。表2PINNo引脚号SYMBOL符号NAMEANDFUNCTION名称及功能12,3,4,5,6,7,8,912,13,14,15,16,17,18,19111020OED0toD7Q0toQ7LEGNDVCC3StateoutputEnableInput(ActiveLOW)3态输出使能输入〔低电平〕DataInputs数据输入3StateLatchOutputs3态锁存输出LatchEnableInput锁存使能输入Ground接地(0V)PositiveSupplyVoltage电源电压74HC573是一个锁存器，该芯片的管脚图如图2所示：图274HC573管脚图3.374HC154芯片3.3.1芯片简介74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引脚兼容低功耗肖特基TTL〔LSTTL〕系列。3.3.2电路应用我组俄罗斯方块电路共使用一个74HC154芯片，接在STC89C52芯片的P1端口。该芯片控制着电路的点阵的列扫描。3.3.3主要性能参数16线多路分配功能，4位二进制码输入译码至16个互斥输出，兼容JEDEC标准no.7A，温度范围o-40～+85℃o-40～+125℃，ESD保护：HBM有EIA/JESD22-A114D超过2000V，EIA/JESD22-A115-A超过200V。3.3.4功能概述74HC154译码器可接受4位高有效二进制地址输入，并提供16个互斥的低有效输出。74HC154的两个输入使能门电路可用于译码器选通，以消除输出端上的通常译码“假信号〞，也可用于译码器扩展。该使能门电路包含两个“逻辑与〞输入，必须置为低以便使能输出端。任选一个使能输入端作为数据输入，74HC154可充当一个1-16的多路分配器。当其余的使能输入端置低时，地址输出将会跟随应用的状态。3.3.5引脚功能俄罗斯方块电路的设计，使用了一只74HC154集成芯片，利用74H154集成芯片进行译码，控制点阵屏的行扫描。74HC154集成芯片共有24个引脚，每个管脚都有特定的功能，如：12为GND，24脚为VCC。74HC154集成芯片引脚功能如表3所示：表3引脚端NoSYMBOL符号NAMEANDFUNCTION名称及功能1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,13,14,15,16,1718,1923,22,21,201224Y0toY15G1,G2AtoDGNDVCCOutputs输出(ActiveLOW)低电平EnableInputs(ActiveLOW)使能输入(低电平)AddressInputs地址输入Ground接地(0V)PositiveSupplyVoltage电源电压74HC154集成芯片的管脚图和管脚的序号如图3所示：图374HC573引脚图四工作原理俄罗斯方块电路系统工作的总体框图，如图4所示：图4俄罗斯方块系统框图 根据电路设,STC89C52芯片的端口去向，如表4所示：表4端口端口去向功能输出2个并联U3(74HC573),U4(74HC573)芯片输出给U6(74HC154)输给按键，P2.5~P2.7输给U3(74HC573),U4(74HC573),U6(74HC154)的控制端输出给U5(74HC573)提供数码管动态显示数据经过U6译码输出给电子屏行扫描执行按键相关功能，控制U3,U4,U6芯片的使能端经过U5的锁存，输出点阵屏的列数据4.3硬件工作原理.1最小系统模块工作原理最小系统的输入工作电压为5V，接入40脚，GND为接地端；18，19脚接12M晶振，使工作时间为1us，9脚为复位端，按键K1为复位按键，10，11脚为程序烧写端口，程序进入STC89C52芯片，芯片根据程序的内容进行工作，可以说最小系统既是接收端，更可以说是分配工作跟实现工作的电路，它将程序按端口输出可以让P0、P1、P3端口进行不一样的操作，该图P0接74HC573，输给74HC573锁存器工作信号，P1接74HC154，输给74HC154译码器工作信号，P3接74HC573，输给74HC573锁存器工作信号，是电路的“心脏〞。俄罗斯方块最小系统图如图5所示：图5俄罗斯方块最小系统图.2数码显示模块74HC573包含八进制3态非反转透明锁存器，[span]是一种高性能硅门CMOS[span]器件。20脚为电源端，10脚接地。该芯片为D型锁存器，当锁存使能端LE为高时，这些器件的锁存对于数据是同步的，当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。D0到D7为接收数据端口，数据来源于最小系统，通过锁存器后，Q0到Q7进行对LED4位8端数码管进行控制，数码管的作用是显示游戏的分数，程序设计为消除单个加一分，而一次性消除两条或两条以上为加倍数分。在游戏的过程中还可以陶冶身心，有助于消除疲劳。俄罗斯方块数码显示如图6所示：图6数码显示图.3点阵驱动模块74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引脚兼容低功耗肖特基TTL〔LSTTL〕系列。154译码器有译码功能，24脚为电源端，12脚接地。74HC154芯片的20到23端分别接最小系统的P1.0到P1.3，取吸收信号端，经过译码在其他端口进行信号输出，控制点阵屏的行扫描进行工作，而74HC573即是控制着点阵屏的列扫描而进行列的工作。俄罗斯方块点阵驱动图如图7所示：图7点阵驱动图.4按键控制模块此次电路共使用六个按键，按键功能分别是，向上，向下，向左向右的形态变化，还有开始按键和复位按键，电路板的硬件控制端能使电路到达实现的功能。俄罗斯方块按键控制图如图8所示：图8按键控制图4.4软件工作原理此次俄罗斯方块电路的程序工作流程图，如图9所示：图9程序工作流程图voidmain(){ charj; startimage(); dataset(); 进入开机，函数内有键盘扫描，只有按下“开始〞键会退出函数，否那么不退出,对数据进行初始化 while(1) { k=speed; while(k--){keyscan(); shapedisplay(); }接通电源，程序进入大循环,点阵屏显示流水灯把戏，数码管处于关闭状态。同时扫描按键，当开始键按下后根据单片机随机产生出俄罗斯方块并在点阵屏上显示，数码管计分器开始显示.y++; if(check(shapenum,left)) { if(y==1) {overimage(); startimage(); dataset(); }图形下落一格,在没有显示之前判断将要下落的位置是否有障碍物，如果有障碍就进入到if语句中,如果y=1；说明方块刚出现就遇到障碍物了，这时游戏需结束。进入游戏结束画面，此函数内没有键盘扫描，运行一段时间会自动退出，重新进入开机画面，对数据进行初始化，将前一用户清零。else {y--; for(j=0;j<4;j++) {staticdata[y+j]+=move(allshape[shapenum][j],left);}遇到障碍物，但还不至于图形不能出现，y回到原值，将下落形状的值赋给固定图形，形成停留显示的效果。 mark+=rate[shapedisappear()]; y=0;left=0; randnum=rand()%19;shapenum=randnum;systemspeed=initialspeed-10*(mark/40);speed=systemspeed; }}}}}消掉已拼满的点阵行，并记录所得分数，为下一个方块赋属性值：从第一行出现，然后为下一个方块赋属性值：居中显示，给定形状计算相应分数下的系统速度值，分数越高，速度越快，并将值赋给速度控制函数。五调试过程先看芯片与其他元件是否焊接正确。使用万用表短路端，测量电路各模块是否有短路并测量是否有存在虚焊或者少焊。烧写程序时，查看下载端口是否正确。接上电源，测试电路板的功能，因为缺少指示灯，所以，第一次接电源无法识别哪个模块出错。检查电路，没有发现电路短接或虚焊，各模块的电路也能实现，最后发现点阵屏的封装画错，重新焊接点阵屏端口。修改完点阵屏端口后，在接上电源，电路能通过按键实现功能。测试程序及电路的硬件功能，接上电源，首先试着连玩三次俄罗斯方块，发现每次的方块图形都有变化。其次玩一次后，关断电源，再次开启重新玩，发现与上次玩时方块相同，与程序编写一样，电路硬件也没问题。六总结本次电路的制作，我组成员分工合作，各有所得。在画图上，熟悉了各个元器件的封装即管脚的排序，熟悉了Protel99se的各个工具栏的功能；在画PCB时，对于布板更加有规那么和合理，虽然，在布点阵屏时出现了跳线，但我相信，我们一直在进步。在制作过程中，打印机坏了，导致整体进度缓慢了半天，不过，我们向别人借了打印机，并认真的制作电路板，从打印到热转印机，在到腐蚀电路板和钻孔，到最后的焊接，我们用了将近8个小时完成了每一道工序，虽然制作过程有点长，但是，我们学到的东西也因此更加的丰富。程序的烧写及调试，烧写程序时，电路板的芯片管脚都有对应程序的管脚安排，所以，顺利烧写并应用了。从中出现了点阵屏管脚在画封装时出错，所以出新连接点阵屏的管脚，让我们知道，在做每一道工序都不能马虎。做了此次的俄罗斯方块电路板，我们掌握了集成芯片STC89C52、74HC573、74HC154这三个芯片的管脚排序及管脚功能，也掌握了每个元器件的封装和PCB的布板，熟悉的应用了程序的烧写和电路板的调试，更懂得了小组成员的合作的重要性。附录Ⅰ原理图附录Ⅱ