《单片机原理及应用》课程设计报告基于MCS51单片机的俄罗斯方块游戏设计

单片机原理及应用课程设计报告基于MCS-51单片机的俄罗斯方块游戏设计学 号 姓 名 同 组 成 员 专 业 电气工程及其自动化 班 级 0905 班 指 导 教 师 院（系、所） 电气与电子工程学院 华中科技大学教务处制目录一、课程设计的目的4二、题目要求4三、原理概述4四、调试过程4五、验收结果4六、个人体会10七、参考文献10八、致谢10附录一：外电路原理图11附录二：程序清单12一、课程设计的目的1. 加深对单片机的理解，熟悉单片机的原理，掌握单片机的编程方法与技巧2. 灵活运用单片机的基础知识，增强利用理论知识解决实际问题的能力二、题目要求 1.验收时，先在仿真机的LED上显示自己学号的后6位，再进行相应内容验收。 2.能在单片机实验箱通用板上的液晶显示屏（LCD）上玩俄罗斯方块游戏，使用4*4键盘输入，能够完美实现俄罗斯方块的基本游戏内容，界面优美，最后可以显示分数和级别，如果游戏失败显示“GAME OVER”，最后显示本人姓名“YANG XIN”和学号“200911880”。3、 原理概述1. 程序整体思路单片机上的程序设计一般是一个大循环结构，对于俄罗斯方块的程序设计，首先产生一个伪随机数，其范围是0-6，分别对应俄罗斯方块中随机产生的七种方块，然后程序根据此数值所对应的图形模块装入RAM的固定区域内，紧接着将此图像写入LCD所对应的显示缓冲区中，显示程序将缓冲区内的内容显示在显示屏上，如果没有控制键按下，图形将自动向下移动。如果有键按下，程序将根据按下的键来改变图形存储区的值，同时程序将判断图形是否已到达边界，当图形最上层到达显示区顶部，则游戏结束，此时将清除显示缓冲的内容，游戏重新开始。2图形显示 QH12864T液晶显示器一共有128*64个像素点，本程序中每个像素点用一个坐标表示，左上角为（0,0），右下角为（128,64）。对于显示类的基本操作是任意点亮一个点，熄灭一个点，任意点亮n个点，灭掉n个点，如此一来游戏的第一个关键点就完成了。 我们将RAM中选取一段为显示缓冲区，这里面的每一位对应LCD上的的一个点，LCD将实时显示缓冲区的内容，也就是当此缓冲区内容一改变，LCD上看到的也会做出相应的改变。同时游戏中的那些方块被存放在一个类似于一维的数组之中，每一个方块对应四个小方块，根据伪随机数将这四个小方块对应的值装入RAM固定的区域内。如果要显示方块只需将这些方块所对应的点写入缓冲区就可以了。3消层算法 设置循环变量数R2=128，即总共要扫描128次，每一次循环过程中检测此行是否已满，也就是检测这一行所对应的存储单元是否全为1，如果全为1则将此行消去，即将此行对应的RAM清零。同时将此行上面RAM的内容按每列依次下移，下移完之后重新令R2=0，又从第一行开始检测。此行不全为零时只需令R2=R2+1，直到R2=128消层过程结束。4旋转算法首先要确定一个旋转中心，假如旋转中心的编号是n，将n除以64，商是m存入R1余数是l存入R2，及时用商和余数建立坐标系。此时若以此为旋转中心的图形需要旋转，则将每一个小方块对应编号除以64，商减去R1，余数减去R2，而每一个方块一次将旋转90度，所以有公式x1,y1,x2,y2 ， x2= - y1,y2= x1，其中x1，y1为旋转之前的坐标，x2,y2为旋转之后的坐标。旋转完之后将x2加上R1将y2加上R2，然后将x2乘以64再加上y2。执行四次，此过程旋转结束。4、 调试过程1、学号显示部分单独调试 这个在之前的很多实验中都有涉及，程序较为简单，语句也不复杂，本实验中才用的是并行动态显示，调试一次成功。2、 游戏程序调试相关5、 验收结果下图为当时的整个实验装置：实验中，游戏随机产生方块按下控制键，方块旋转：按下控制键，方块加速下落方块下落到底部，最底层被填满：最底层填满后，自动消去这一层：随机产生下一个方块，每次产生方块完全随机：最后一幅图为游戏结束后，显示所得分数，每消去一行得到一分，显示“GAME OVER”和游戏者姓名学号。本次实验默认游戏者为本人YANG XIN（杨欣），学号（U）200911880六、个人体会 在这次实验过程中，特别是调试的时候，如果能够顺利排除BUG实现程序预定功能是最让人开心的，这个过程也会让我很享受。但是如果由于一些搞不清楚的原因迟迟达不到目标，也是最让人烦躁的。而其中的问题，只能漫无目的地去尝试，无法在逻辑中得到答案，我个人遇到了这种状况，确实很无奈。不知道是否是因为我的分析不到位，而实际上有一个合乎逻辑的答案在那里呢？这次课程设计，第一周主要是在修改程序的驱动部分，从第二周开始上机调试，用了差不多半个月的时间，最终也没有成功调试出结果，实在很受打击，让我很沮丧。从单片机课程到单片机实验到如今的单片机课程设计，我感触最深的一点就是：必须有耐心、足够细心。单片机程序前前后后有不少联系，可能前面用的的某个变量跟后面重复、字与字节搞乱等等细小的问题，如果不能耐心、细心地去寻找，很难发现。最后，我还体会到了，硬件学习是编写程序前最重要的部分，只有对所使用的硬件设备完全了解才能编写出适合使用的程序，否则会做很多无用功，浪费很多时间和精力。以后一定要谨记这个道理！七、主要参考文献【1】单片机原理及应用 姜志海主编【2】MCS-51系列单片机原理及应用实验指导书 八、致谢感谢黄劲老师的耐心指导！感谢管理实验室的老师多日来为我们开放实验室！附录一：电路原理图按键与单片机连接：按照4*4键盘上的布置，游戏控制键分别为：Move_Left 8 ，Move_Right A，Add_Speed 9，Change_Shape D，Game_Star C，Game_Pause E液晶显示器与单片机的连接：附录二：程序清单：（因程序繁多，此处只列出.C文件程序，如果老师要看完成程序，请看电子档报告）1. STARPUP.C$NOMOD51;-; This file is part of the C51 Compiler package; Copyright (c) 1988-2005 Keil Elektronik GmbH and Keil Software, Inc.; Version 8.01; * *;-; STARTUP.A51: This code is executed after processor reset.; To translate this file use A51 with the following invocation:; A51 STARTUP.A51; To link the modified STARTUP.OBJ file to your application use the following; Lx51 invocation:; Lx51 your object file list, STARTUP.OBJ controls;-; User-defined Power-On Initialization of Memory; With the following EQU statements the initialization of memory; at processor reset can be defined:; IDATALEN: IDATA memory size ; Note: The absolute start-address of IDATA memory is always 0; The IDATA space overlaps physically the DATA and BIT areas.IDATALEN EQU 80H; XDATASTART: XDATA memory start address ; The absolute start address of XDATA memoryXDATASTART EQU 0 ; XDATALEN: XDATA memory size ; The length of XDATA memory in bytes.XDATALEN EQU 0 ; PDATASTART: PDATA memory start address ; The absolute start address of PDATA memoryPDATASTART EQU 0H; PDATALEN: PDATA memory size ; The length of PDATA memory in bytes.PDATALEN EQU 0H;-; Reentrant Stack Initialization; The following EQU statements define the stack pointer for reentrant; functions and initialized it:; Stack Space for reentrant functions in the SMALL model.; IBPSTACK: Enable SMALL model reentrant stack; Stack space for reentrant functions in the SMALL model.IBPSTACK EQU 0 ; set to 1 if small reentrant is used.; IBPSTACKTOP: End address of SMALL model stack ; Set the top of the stack to the highest location.IBPSTACKTOP EQU 0xFF +1 ; default 0FFH+1 ; ; Stack Space for reentrant functions in the LARGE model. ; XBPSTACK: Enable LARGE model reentrant stack; Stack space for reentrant functions in the LARGE model.XBPSTACK EQU 0 ; set to 1 if large reentrant is used.; XBPSTACKTOP: End address of LARGE model stack ; Set the top of the stack to the highest location.XBPSTACKTOP EQU 0xFFFF +1 ; default 0FFFFH+1 ; ; Stack Space for reentrant functions in the COMPACT model. ; PBPSTACK: Enable COMPACT model reentrant stack; Stack space for reentrant functions in the COMPACT model.PBPSTACK EQU 0 ; set to 1 if compact reentrant is used.; PBPSTACKTOP: End address of COMPACT model stack ; Set the top of the stack to the highest location.PBPSTACKTOP EQU 0xFF +1 ; default 0FFH+1 ; ;-; Memory Page for Using the Compact Model with 64 KByte xdata RAM; Compact Model Page Definition; Define the XDATA page used for PDATA variables. ; PPAGE must conform with the PPAGE set in the linker invocation.; Enable pdata memory page initalizationPPAGEENABLE EQU 0 ; set to 1 if pdata object are used.; PPAGE number ; uppermost 256-byte address of the page used for PDATA variables.PPAGE EQU 0; SFR address which supplies uppermost address byte ; most 8051 variants use P2 as uppermost address bytePPAGE_SFR DATA 0A0H; ;-; Standard SFR Symbols ACC DATA 0E0HB DATA 0F0HSP DATA 81HDPL DATA 82HDPH DATA 83H NAME ?C_STARTUP?C_C51STARTUP SEGMENT CODE?STACK SEGMENT IDATA RSEG ?STACK DS 1 EXTRN CODE (?C_START) PUBLIC ?C_STARTUP CSEG AT 0?C_STARTUP: LJMP STARTUP1 RSEG ?C_C51STARTUPSTARTUP1:IF IDATALEN 0 MOV R0,#IDATALEN - 1 CLR AIDATALOOP: MOV R0,A DJNZ R0,IDATALOOPENDIFIF XDATALEN 0 MOV DPTR,#XDATASTART MOV R7,#LOW (XDATALEN) IF (LOW (XDATALEN) 0 MOV R6,#(HIGH (XDATALEN) +1 ELSE MOV R6,#HIGH (XDATALEN) ENDIF CLR AXDATALOOP: MOVX DPTR,A INC DPTR DJNZ R7,XDATALOOP DJNZ R6,XDATALOOPENDIFIF PPAGEENABLE 0 MOV PPAGE_SFR,#PPAGEENDIFIF PDATALEN 0 MOV R0,#LOW (PDATASTART) MOV R7,#LOW (PDATALEN) CLR APDATALOOP: MOVX R0,A INC R0 DJNZ R7,PDATALOOPENDIFIF IBPSTACK 0EXTRN DATA (?C_IBP) MOV ?C_IBP,#LOW IBPSTACKTOPENDIFIF XBPSTACK 0EXTRN DATA (?C_XBP) MOV ?C_XBP,#HIGH XBPSTACKTOP MOV ?C_XBP+1,#LOW XBPSTACKTOPENDIFIF PBPSTACK 0EXTRN DATA (?C_PBP) MOV ?C_PBP,#LOW PBPSTACKTOPENDIF MOV SP,#?STACK-1; This code is required if you use L51_BANK.A51 with Banking Mode 4; Code Banking; Select Bank 0 for L51_BANK.A51 Mode 4#if 0 ; Initialize bank mechanism to code bank 0 when using L51_BANK.A51 with Banking Mode 4.EXTRN CODE (?B_SWITCH0) CALL ?B_SWITCH0 ; init bank mechanism to code bank 0#endif; LJMP ?C_START END2. Fangkuai.c#include t6963c.h#include typedef.h#include key.h#define X_START 5#define Y_START 0#define MIN_SLOW_SPEED 300#define BX_START 30#define BY_START 15#define Nothing 100/全局数据code uchar Game_Char=0x27,0x41,0x4d,0x45;code uchar Over_Char=0x2f,0x56,0x45,0x52; static uchar xx,yy; /方块的位置static uint Game_Score=0;static uchar xdata Platform1421; /游戏平台数据static uchar This_shape;/当前形状static uchar Next_shape=0;static uint Game_Speed=MIN_SLOW_SPEED; /等级速度，正常情况，方块下降的速度static uchar Game_Stop=1;static uchar Game_Level=0;/方块形状的定义/struct POINT uchar x; uchar y; ;struct SHAPE struct POINT point4; uchar next;/下一个形状 xdata shape19= 1,0,0,1,1,1,2,1,1 , 1,0,1,1,2,1,1,2,2 , 0,0,1,0,2,0,1,1,3 , 1,0,0,1,1,1,1,2,0 , 1,0,2,0,1,1,1,2,5 , 0,0,1,0,2,0,2,1,6 , 2,0,2,1,2,2,1,2,7 , 0,0,0,1,1,1,2,1,4 , 1,0,2,0,2,1,2,2,9 , 2,0,0,1,1,1,2,1,10 , 1,0,1,1,1,2,2,2,11 , 0,0,1,0,2,0,0,1,8 , 0,0,0,1,1,1,1,2,13 , 1,0,2,0,0,1,1,1,12 , 2,0,1,1,2,1,1,2,15 , 0,0,1,0,1,1,2,1,14 , 1,0,1,1,1,2,1,3,17 , 0,1,1,1,2,1,3,1,16 , 1,0,2,0,1,1,2,1,18 , ; /*/= 函数原型:void Init_GamePlatform()/= 功 能: 初始化游戏平台/= 参 数: 无/= 返 回 值: 无/= 函数性质：公有函数/= 注 意：/* void Show_score(uchar);void Init_GamePlatform() uchar i; uchar j;/ uchar N_Hanzi; Wr_line(1,33,13,64,1 );/初始化游戏平台边界画游戏区域 Wr_line(1,33,14,64,1 ); /画上横线 Wr_line(0,33,15,100,1); Wr_line(0,34,15,100,1); /画左竖线 Wr_line(1,33,115,64,1); Wr_line(1,33,116,64,1); /画下横线 Wr_line(0,95,15,100,1); Wr_line(0,96,15,100,1); /画右竖线/- for(i=1;i13;i+)/游戏平台数据清零 for(j=0;j20;j+) Platformij=0; for(i=1;i13;i+) Platformi20=1; /游戏平台最下面一行的每一个方块位置为，作为下边界 for(j=0;j20;j+)/游戏平台左右方块位置置，作为左右边界 Platform0j=1; Platform13j=1; /- hanzhi(13,3,6,1); /输入“分”汉字 hanzhi(13,8,8,1); /输入“级”汉字 Show_score(0); /显示初始分数 Show_num(13,11,Game_Level); /显示初始等级水平 Game_Speed=MIN_SLOW_SPEED/(Game_Level+1); /根据水平确定速度/- Game_Score=0; xx=X_START ; yy=Y_START ;/Init_Game/void Init_Game() Game_Stop=1; Init_GamePlatform(); hanzhi(7,3,9,1); /输入“按”汉字 Show_num(7,6,7); /显示7 hanzhi(7,8,10,1); /输入“开”汉字 hanzhi(7,10,11,1); /输入“始”汉字/*/= 函数原型:void XiaoFengKuai(uchar x,uchar y,uchar mode)/= 功 能: 显示一个小方块/= 参 数: 小方块的横x，坚坐标y,mode=1:显示小方块,mode=0:删除小方块/= 返 回 值:/= 函数性质：私有函数/= 注 意：/* void XiaoFengKuai(uchar x,uchar y,bit mode) uchar x1=5*x+BX_START;/将方块在平台的位置转化成的点坐标(地址转换） uchar y1=5*y+BY_START; uchar i; if(mode=1) for(i=0;i5;i+) Point(x1+i,y1,1); /画一条横线 y1+=4; for(i=0;i5;i+) Point(x1+i,y1,1); /画第二条横线 for(i=0;i5;i+) Point(x1,y1-i,1); /画第1条坚线 x1+=4; for(i=0;i5;i+) Point(x1,y1-i,1); /画第2条坚线 y1-=4; for(i=0;i5;i+) Point(x1-i,y1+i,1); /画斜线 else for(i=0;i5;i+) Point(x1+i,y1,0); /画一条横线 y1+=4; for(i=0;i5;i+) Point(x1+i,y1,0); /画第二条横线 for(i=0;i5;i+) Point(x1,y1-i,0); /画第1条坚线 x1+=4; for(i=0;i5;i+) Point(x1,y1-i,0); /画第2条坚线 y1-=4; for(i=0;i5;i+) Point(x1-i,y1+i,0); /画斜线 /左冲突检测/bit Left_Anti() uchar i; for(i=0;i4;i+) if(Platformxx+shapeThis_shape.pointi.x-1yy+shapeThis_shape.pointi.y=1) return 1; return 0; /右冲突检测/bit Right_Anti() uchar i; for(i=0;i4;i+) if(Platformxx+shapeThis_shape.pointi.x+1yy+shapeThis_shape.pointi.y=1) return 1; return 0; /下冲突检测/bit Bottom_Anti() uchar i; for(i=0;i4;i+) if(Platformxx+shapeThis_shape.pointi.xyy+shapeThis_shape.pointi.y+1=1) return 1; return 0; /改变形状时产生的冲突检测/bit Change_Shape_Anti() uchar i; for(i=0;i4;i+) if(Platformxx+shapeshapeThis_shape.next.pointi.xyy+shapeshapeThis_shape.next.pointi.y=1) return 1; /检测一个形状的冲突情况 return 0;/产生一个随机数,返回一个随机数/uchar Random() static uchar m; m+=49; return (m%19);/计分函数,参数为 消行行数n/void Show_score(uchar n) Game_Score=Game_Score+10*n; if(Game_Score10) Show_num(13,6,Game_Score%10);/显示个位 else if(Game_Score100) Show_num(14,6,Game_Score%10); Show_num(13,6,Game_Score/10%100);/显示个位,十位 else if(Game_Score0) Game_Level+; if(Game_Level=10) Game_Stop=1; hanzhi(7,5,12,1); /输出“太棒了 hanzhi(7,7,13,1); hanzhi(7,9,14,1); Show_num(13,11,Game_Level); /显示水平 /*/= 函数原型:void Undisplay_line()/= 功 能: 消除行/= 参 数: 无/= 返 回 值: 无/= 函数性质：私有函数/= 注 意：/* void UnDisplay_line() uchar Del_Line; /标识要删除的行 uchar Del_Line_Num=0; /标识删除的行数 uchar i,j,k; bit HavePoint; /标识一行中是否有空白点 for(i=0;i4;i+) for(j=1;j13;j+) if(Platformjyy+i=0) break; /如果这一行中有一个为空，则退出这一行的循环 else if(j=12) Del_Line=yy+i; /确定要删除的行if(Del_Line20) Del_Line_Num+; /计算共删除的行数for(k=1;k13;k+) XiaoFengKuai(k,Del_Line,0); /删除行PlatformkDel_Line=0; /平台数据清零while(1) /下移 HavePoint=0; for(k=1;k13;k+) if(PlatformkDel_Line-1=1) HavePoint=1; /标识这一行有要下移的点 XiaoFengKuai(k,Del_Line-1,0); /删除小方块 PlatformkDel_Line-1=0; /平台数据清零 XiaoFengKuai(k,Del_Line,1) ; /将小方块下移 PlatformkDel_Line=1; /平台数据置1,表明此位置已被占用 if(HavePoint=0) break; /没有要下移的行，退出本循环 Del_Line-; /下移上一行 if(Del_Line_Num) Show_score(Del_Line_Num); /刷新分数显示 /*/= 函数原型:void Show_shape(uchar x1,uchar y1,uchar Tshape,bit mode)/= 功 能: 显示一个方块形状或删除一个方块形状/= 参 数: (x1,y1)为显示位置,Tshape为显示的形状,mode=1为显示,mode=0不显示/= 返 回 值:/= 函数性质：私有函数/= 注 意：/* void Show_shape(uchar x1,uchar y1,uchar Tshape,bit mode) if(mode=1) XiaoFengKuai(x1+shapeTshape.point0.x,y1+shapeTshape.point0.y,1); /显示形状 XiaoFengKuai(x1+shapeTshape.point1.x,y1+shapeTshape.point1.y,1); XiaoFengKuai(x1+shapeTshape.point2.x,y1+shapeTshape.point2.y,1); XiaoFengKuai(x1+shapeTshape.point3.x,y1+shapeTshape.point3.y,1); else XiaoFengKuai(x1+shapeTshape.point0.x,y1+shapeTshape.point0.y,0); /删除形状 XiaoFengKuai(x1+shapeTshape.point1.x,y1+shapeTshape.point1.y,0); XiaoFengKuai(x1+shapeTshape.point2.x,y1+shapeTshape.point2.y,0); XiaoFengKuai(x1+shapeTshape.point3.x,y1+shapeTshape.point3.y,0); /*/= 函数原型:void Fangkuai_down()/= 功 能: 方块下降处理/= 参 数: /= 返 回 值:/= 函数性质：公有函数/= 注 意：/* static uint DSpeed=MIN_SLOW_SPEED; /标识下降速度static uint Now_Speed=MIN_SLOW_SPEED; /当前速度void Fangkuai_down() uchar i; static bit New_shape=1; /标识是否要产生新形状 if(Game_Stop=1) return; if(New_shape=1) New_shape=0; xx=X_START;yy=Y_START; This_shape=Next_shape; /当前方块等于预方块Show_shape(15,18,Next_shape,0); / 产生一下个方块前，将预方块删除Next_shape=Random(); /产生下一个方块Show_shape(xx,yy,This_shape,1); /显示当前方块Show_shape(15,18,Next_shape,1); /预显示下一个方块if(Bottom_Anti() Game_Stop=1; Show_Image(35,15,94,114,0); /清屏 char_wr(6,6,Game_Char,0,4)