基于单片机与三维建模的贪吃蛇游戏机的综合设计

文/韦翠华

1 引言

随着产品的微小化和智能化，单片机的发展越来越重要，它现在是智能化的技术核心；同时智能制造的综合性要求也越来越高。基于智能制造的背景下，综合设计与制作也是必不可少的。而贪吃蛇游戏机的研究，以往是基于8x8LED点阵或者16x16LED点阵的贪食蛇游戏设计，能实现的功能一般包括：食物的随机出现，贪吃蛇的移动。以往的研究缺乏一个作品的系统设计完整性过程，基于这个趋势提出了基于单片机与三维建模的贪吃蛇游戏机的综合设计。并在原来的功能上增加难度，增加功能，增加音乐，改善显示部分，设计这样一款多功能综合性的贪吃蛇游戏机。

2 硬件电路设计

设计的贪吃蛇游戏机由51单片机的AT89系列的控制芯片，最小硬件系统模块，显示屏模块，键盘设计部分，声音模块组成，系统设计框图如图1所示。

2.1 最小硬件系统

单片机的最小系统电路如图2所示，复位电路是由RST引脚进入到51单片机芯片的特有触发器。若单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。

单片机的复位电路有上电自动复位和按键手动复位两种方式，本设计选用上电自动复位方式。上电瞬间的情况下，因电容的充电电流很大，电容相当于短路，RST端就产生高电平，开始自动复位；当电容的电压达到电源的额定电压值时，电容的充电电流就会变为0，电容就会接近开路，这一刻RST端变成低电平，程序开始正常稳定运行。

图1：贪吃蛇游戏机系统框图

2.2 显示部分

通过对比分析以往的研究成果，发现在单片机显示屏的选择上分为LED点阵屏和液晶显示屏，因为LED显示屏元器件的显示单一和引脚繁杂导致电路图复杂，容易影响显示的效果，而液晶显示屏显示清晰，功能多样化，可以显示汉字、字符、自定义图形等，控制方便。比较研究后，设计这款贪吃蛇游戏选定液晶显示屏作为游戏机的可视界面。

RT12864是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配在一起的组件。在设计中使用RT12864简化硬件电路的设计，美化可视化的界面。

图2：键盘设计

图3：声音模块部分

图4：贪吃蛇的外观设计图

图5

图6

图7

2.3 键盘设计部分

键盘设计部分是根据游戏设计功能来确定的。在显示部分有开始游戏、地图设置、难度设置、音乐开关四个指令，配置一个确定按钮，一个取消按钮，声音控制按钮2个分别是音量加和音量减。在选择指令和游戏过程中，贪吃蛇的运动方向有上下左右四个方向，也配置四个按钮分别实现向上、向下、向左、向右，还配置一个暂停功能的按钮。单片机的P2接口控制这7个按钮，如图2所示。

2.4 声音部分

声音部分通过单片机控制单片机内部的定时器来产生不同频率的方波，通过LM386功放电路驱动蜂鸣器发出不同音调的音乐，再利用延迟来控制发音时间的长短的。声音模块设计部分如图3所示。

3 软件设计

微处理器采用AT89C55单片机，因为程序要实现的功能较多，程序采用模块化的设计，整个系统程序由主程序和一系列的子程序构成。贪吃蛇主程序负责系统的初始化及各子程序的调用。贪吃蛇功能的子程序要设置蛇的身体以及边界，食物作为随机出现的一个点位置，蛇头移动的方向及下一个点位置更新的存储，蛇身碰到墙或者边界则游戏结束。使用KeilC来实现程序编程，便于导入Protues的智能仿真软件。

4 外观设计

这款贪吃蛇的游戏机的外观设计是根据硬件原理图和电路制版的大小确定的。使用三维绘图软件PRO-ENGINEER来完成贪吃蛇的外观，外观图主要是液晶显示和键盘外观图部分可见，其它部分不可见，底部可以使用螺丝拧合。外观设计图如图4所示。

5 仿真调试的结果

在完成贪吃蛇的原理图设计和相应的程序后再Proteus仿真软件上进行贪吃蛇游戏机的仿真调试，能够正确的达到预期的效果，可以进行地图等级和难度等级的选择来觉得游戏的难度增加游戏的有趣性，满足不同人群的需要。仿真开始的页面如图5所示，地图设置的界面如图6所示，游戏过程图的界面如图7所示。

6 结论

本研究是基于 AT89C55 单片机为控制核心的贪吃蛇游戏机的综合设计，主要包括控制部分，最小硬件系统，显示部分，声音部分，键盘部分的设计来达各方面的功能。如可以通过按键多样选择游戏的地图形状，增加游戏的趣味性；可以根据不同的游戏者能力来选择难度，增加挑战性；可以选择音乐的开关和音调的大小，而且显示页面清晰明了，外观操作界面简单方便，人人可以快速使用。