簡(jiǎn)介一份基于89C52單片機(jī)的貪食蛇游戲機(jī)完整設(shè)計(jì)面向51單片機(jī)入門與進(jìn)階學(xué)習(xí)者以及需要課程設(shè)計(jì)或?qū)嵱?xùn)參考的電子類學(xué)生。方案依托清翔MCS51開發(fā)板包含驅(qū)動(dòng)代碼、上位機(jī)軟件與演示視頻鏈接實(shí)現(xiàn)八乘八點(diǎn)陣LED主屏幕、LCD1602液晶狀態(tài)顯示并打通按鍵、紅外遙控、上位機(jī)三種操控方式同時(shí)利用EEPROM保存最高分記錄。壓縮包約36.95MB平臺(tái)未提供明確的文件總數(shù)與類型明細(xì)從資源描述看內(nèi)容以C語(yǔ)言工程源碼、上位機(jī)程序及相關(guān)說(shuō)明為主便于對(duì)照移植到其他51開發(fā)板。已有1559人學(xué)習(xí)下載適合希望快速上手外設(shè)驅(qū)動(dòng)、中斷掃描與多模式交互設(shè)計(jì)的開發(fā)者可作為完整參考項(xiàng)目直接研讀并二次開發(fā)。視頻中的運(yùn)行效果可幫助理解整體交互邏輯與顯示刷新方式。1. 一個(gè) rar 里裝的不是游戲是 51 的完整人機(jī)交互課設(shè)“51貪食蛇游戲機(jī).rar”這個(gè)包名第一眼會(huì)讓人覺得里面就是一個(gè)貪食蛇游戲拿來(lái)編譯燒錄就能玩。實(shí)際動(dòng)手做過(guò)的人都知道這個(gè)工程的價(jià)值遠(yuǎn)不止“能玩”——它把 LED 點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)、定時(shí)器中斷、按鍵消抖、狀態(tài)機(jī)、串口燒錄這幾條線串成了一個(gè)能完整跑起來(lái)的人機(jī)交互系統(tǒng)。對(duì)正在做課程設(shè)計(jì)、或者第一次想從“流水燈”往“完整作品”跳的讀者來(lái)說(shuō)這個(gè)項(xiàng)目比電子鐘更合適作為過(guò)渡載體。它能讓你在幾天之內(nèi)把“硬件接線 → 寫驅(qū)動(dòng) → 跑游戲邏輯 → 調(diào)體驗(yàn)”這條路完整走一遍后面再做任何單片機(jī)小系統(tǒng)都會(huì)順手得多。2. 硬件怎么搭點(diǎn)陣、按鍵、最小系統(tǒng)的選型與連接2.1 從點(diǎn)陣到屏幕三種顯示方案的取舍貪食蛇的顯示方案基本就三條路8x8 單色點(diǎn)陣、16x16 單色點(diǎn)陣、LCD/OLED 屏。很多人第一反應(yīng)是“用 OLED 多高級(jí)”真正做出來(lái)才發(fā)現(xiàn)OLED 刷新整屏需要幾十毫秒像素點(diǎn)要反復(fù)翻寫畫像素類游戲非常別扭而且 128x64 的屏做 16x16 的蛇大量面積閑著觀感并不好。LCD1602 同理更適合做菜單和分?jǐn)?shù)顯示不適合做游戲畫面。方案游戲分辨率引腳占用驅(qū)動(dòng)難度適合人群8x8 單色點(diǎn)陣8x8蛇最大 64 格約 16 個(gè) IO低直推即可第一次接觸點(diǎn)陣16x16 單色點(diǎn)陣16x16畫面舒服約 8 個(gè) IOHC595 擴(kuò)展中數(shù)據(jù)串行化課程設(shè)計(jì)、正經(jīng)作品LCD1602/OLED不適合作游戲畫面2~4 個(gè) IO中但動(dòng)畫刷新拉胯只做菜單分?jǐn)?shù)我的建議很直接如果只是想跑通流程8x8 點(diǎn)陣就夠了P0 送列數(shù)據(jù)、P1 送行選通邏輯最簡(jiǎn)單半天能搞定。但如果你想拿這個(gè)作品去答辯或者放進(jìn)作品集直接上 16x16。四個(gè) 8x8 點(diǎn)陣拼成 16x16 之后蛇的長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)彎半徑、視覺反饋都明顯更像一個(gè)“游戲機(jī)”而不是一個(gè)演示板。16x16 需要 32 根驅(qū)動(dòng)線51 的 IO 口總共才 32 個(gè)加上按鍵和蜂鳴器根本不夠分。常見做法是用兩片 74HC595 級(jí)聯(lián)把 16 位列數(shù)據(jù)串行發(fā)出去行選通用 P2 口的低四位經(jīng) 74HC154 譯碼器擴(kuò)展。這樣單片機(jī)的 IO 占用被壓縮到2 根時(shí)鐘線 1 根數(shù)據(jù)線 4 根行選擇線總共 7 個(gè)引腳資源一下子就寬裕了。2.2 按鍵電路獨(dú)立按鍵上拉與矩陣擴(kuò)展貪食蛇需要 4 個(gè)方向鍵加 1 個(gè)開始/暫停鍵一共 5 個(gè)按鍵用獨(dú)立按鍵就是最省事的接法。按鍵一端接地另一端接 P1 口的低四位和 P1.4讀取時(shí)按鍵按下對(duì)應(yīng)引腳讀到低電平。51 的 P1 口內(nèi)部有上拉電阻直接用內(nèi)部上拉就行讀取低四位后按位判斷即可不需要額外的鎖存器。有人會(huì)問要不要外接上拉。內(nèi)部上拉阻值通常在幾十千歐級(jí)別對(duì)數(shù)字信號(hào)來(lái)說(shuō)完全夠用。如果現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境差、線又長(zhǎng)按鍵信號(hào)出現(xiàn)抖動(dòng)導(dǎo)致誤觸發(fā)再在按鍵兩端并一個(gè) 0.1μF 電容、或者外接 10kΩ 上拉電阻加強(qiáng)一下。實(shí)際踩坑經(jīng)驗(yàn)是軟件消抖做到位之后外接上拉多數(shù)時(shí)候是多余的反而增加焊接量。矩陣鍵盤在這個(gè)項(xiàng)目里沒有意義因?yàn)榘存I一共才 5 個(gè)矩陣是為了在按鍵數(shù)量超過(guò) 8 個(gè)時(shí)省 IO 口用的。硬上矩陣除了讓讀鍵代碼復(fù)雜化沒有任何收益。真正需要矩陣的場(chǎng)景是數(shù)字鍵盤、密碼鎖那一類。貪食蛇用獨(dú)立按鍵P1 的低四位正好四個(gè)方向代碼里讀一次端口就能拿到全部鍵值簡(jiǎn)潔可靠。2.3 最小系統(tǒng)的 3 個(gè)必查點(diǎn)晶振、復(fù)位、電源51 的最小系統(tǒng)看著簡(jiǎn)單但很多新手焊完板子跑不起來(lái)問題幾乎都出在晶振、復(fù)位、電源這三處。晶振我強(qiáng)烈建議直接用 11.0592MHz而不是 12MHz。原因是 12MHz 雖然讓定時(shí)器初值更好算但串口波特率會(huì)帶誤差燒錄和調(diào)試時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)“連不上”的玄學(xué)問題。11.0592MHz 分頻出來(lái)的 9600、115200 波特率都是整數(shù)分頻USB 轉(zhuǎn) TTL 模塊在這種速率下通信非常穩(wěn)定。如果你的工程代碼里的延時(shí)函數(shù)是按 12MHz 校準(zhǔn)的那就保持一致別混用否則新做的板子一律 11.0592MHz。復(fù)位電路用經(jīng)典的 10μF 電解電容加 10kΩ 電阻到地。上電瞬間電容充電RST 引腳保持高電平十幾毫秒讓單片機(jī)完成復(fù)位。這里有個(gè)新手容易翻車的點(diǎn)電解電容極性接反會(huì)導(dǎo)致復(fù)位時(shí)序不對(duì)板子表現(xiàn)為反復(fù)重啟或者干脆不啟動(dòng)檢查時(shí)先看電容方向再查別的。用示波器量 RST 引腳正常上電應(yīng)該是一段高電平然后跌到低電平要是波形不對(duì)多半是電容容值或者電阻阻值用錯(cuò)了。電源是這三項(xiàng)里最容易讓“游戲機(jī)”出問題的。16x16 點(diǎn)陣一行同時(shí)點(diǎn)亮 16 個(gè) LED按每個(gè) 5mA 算就是 80mA 的瞬時(shí)電流雖然行掃描是分時(shí)點(diǎn)亮但電源瞬時(shí)響應(yīng)跟不上就會(huì)導(dǎo)致電壓跌落。單片機(jī) VCC 腳必須就近放一個(gè) 104 去耦電容點(diǎn)陣的電源線單獨(dú)走不要和單片機(jī)共用一根細(xì)跳線。最靠譜的做法是點(diǎn)陣的電源直接從 USB 的 5V 出來(lái)后先過(guò)一個(gè)大電容再分別給單片機(jī)和點(diǎn)陣供電避免點(diǎn)陣?yán)碗妷喊褑纹瑱C(jī)拉復(fù)位。3. 軟件怎么跑貪食蛇狀態(tài)機(jī)與 32ms 時(shí)間片刷新3.1 游戲邏輯拆成狀態(tài)移動(dòng)、進(jìn)食、判定貪食蛇的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不是鏈表而是一個(gè)數(shù)組加兩個(gè)索引。51 的內(nèi)存就 128 字節(jié)鏈表節(jié)點(diǎn)需要額外的指針開銷兩三個(gè)節(jié)點(diǎn)還好蛇長(zhǎng) 30 格之后內(nèi)存直接爆炸。用數(shù)組存蛇身的 x、y 坐標(biāo)再用 head_idx 標(biāo)記當(dāng)前蛇頭在數(shù)組里的下標(biāo)。移動(dòng)的時(shí)候蛇頭往前走一步蛇尾丟掉一個(gè)格子整個(gè)蛇身就“跟隨”了。這個(gè)做法在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里叫環(huán)形隊(duì)列思路是單片機(jī)貪食蛇最省內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)。#define SNAKE_MAX_LEN 64 unsigned char snake_x[SNAKE_MAX_LEN]; // 蛇身所有格子的 x 坐標(biāo) unsigned char snake_y[SNAKE_MAX_LEN]; // 蛇身所有格子的 y 坐標(biāo) unsigned char snake_len; // 當(dāng)前蛇長(zhǎng) unsigned char head_idx; // 蛇頭在數(shù)組中的下標(biāo)隊(duì)尾 signed char dir; // 0上 1下 2左 3右 // 方向增量表上、下、左、右 const signed char dir_step[4][2] { {0, -1}, {0, 1}, {-1, 0}, {1, 0} };邏輯上每次移動(dòng)就是“頭往前加一格尾往后減一格”。如果吃到食物尾就不減蛇長(zhǎng)度加 1。這里說(shuō)的“頭往前”是指把新頭坐標(biāo)寫進(jìn)數(shù)組里原頭位置的下一個(gè)下標(biāo)然后更新 head_idx 指向它。數(shù)組里的蛇身順序可能是從頭到尾巴連續(xù)排列的也可能是繞了一圈之后首尾相鄰的但因?yàn)槲覀冎恍枰ㄟ^(guò)索引找到頭和尾順序并不影響邏輯正確性。移動(dòng)和判定寫在一個(gè)函數(shù)里每 100ms 調(diào)用一次這是游戲的主心跳void Game_Update(void) { unsigned char i; unsigned char new_idx; unsigned char new_x, new_y; // 新頭坐標(biāo) 蛇頭當(dāng)前坐標(biāo) 方向增量 new_idx (head_idx 1) % SNAKE_MAX_LEN; new_x snake_x[head_idx] dir_step[dir][0]; new_y snake_y[head_idx] dir_step[dir][1]; // 撞墻判定坐標(biāo)越界直接結(jié)束 if (new_x 15 || new_y 15) { Game_Over(); return; } // 撞自己判定尾巴這一格馬上要讓出來(lái)所以只檢查蛇身長(zhǎng)度-1格 for (i 0; i snake_len - 1; i) { if (snake_x[i] new_x snake_y[i] new_y) { Game_Over(); return; } } // 寫入新蛇頭 snake_x[new_idx] new_x; snake_y[new_idx] new_y; head_idx new_idx; // 吃到食物長(zhǎng)度加 1尾巴不動(dòng)否則尾巴丟掉一格 if (new_x food_x new_y food_y) { snake_len; Food_Generate(); } else { // 沒吃到食物時(shí)蛇尾那一格在下一次覆蓋前就是廢位置 // 實(shí)際邏輯里通過(guò) head_idx 和 snake_len 計(jì)算尾下標(biāo)這里省略 } }這段代碼的邏輯說(shuō)明new_idx是蛇頭要去的新位置寫成數(shù)組下標(biāo)后head_idx更新。撞自身檢查時(shí)只遍歷snake_len - 1格是因?yàn)樯呶材且桓裨谝苿?dòng)后會(huì)被讓出來(lái)如果把它也算進(jìn)去蛇在追自己尾巴時(shí)會(huì)誤判死亡。這個(gè)細(xì)節(jié)是很多實(shí)現(xiàn)翻車的根源之一細(xì)節(jié)定生死。食物的生成必須避開蛇身這是最容易寫錯(cuò)的點(diǎn)。正確做法是用 do-while 循環(huán)隨機(jī)生成坐標(biāo)后遍歷蛇身數(shù)組檢查沖突有沖突就重新生成void Food_Generate(void) { unsigned char i, x, y, ok; do { x rand() % 16; y rand() % 16; ok 1; for (i 0; i snake_len; i) { if (snake_x[i] x snake_y[i] y) { ok 0; break; } } } while (!ok); food_x x; food_y y; }食物坐標(biāo)存成全局變量顯示刷新時(shí)會(huì)用到。rand()的種子建議在按鍵響應(yīng)時(shí)隨手取一下當(dāng)前計(jì)數(shù)值做種子能避免每次上電食物位置完全一樣。3.2 16x16 點(diǎn)陣的行掃描刷新代碼16x16 點(diǎn)陣的刷新必須用行掃描每一時(shí)刻只點(diǎn)亮一行靠人眼的視覺暫留讓人感覺整屏同時(shí)亮。以一幀 16 行為例如果 32ms 掃完一整屏幀率約 31fps動(dòng)態(tài)畫面基本流暢。行掃描的典型實(shí)現(xiàn)是“先送列數(shù)據(jù)再選通當(dāng)前行”把這一行的 16 個(gè)點(diǎn)一次性點(diǎn)亮保持 2ms 左右然后換下一行。關(guān)鍵在于送數(shù)據(jù)和選行的順序不能反否則會(huì)出現(xiàn)殘影和花屏。下面是我基于兩片 74HC595 級(jí)聯(lián)的串行驅(qū)動(dòng)代碼。兩片 595 級(jí)聯(lián)數(shù)據(jù)先發(fā)高位那片也就是第 0~7 列一個(gè)字節(jié)然后發(fā)第 8~15 列一個(gè)字節(jié)// HC595_DS 數(shù)據(jù)腳, HC595_SHCP 移位時(shí)鐘, HC595_STCP 鎖存時(shí)鐘 sbit HC595_DS P2^0; sbit HC595_SHCP P2^1; sbit HC595_STCP P2^2; void HC595_SendData(unsigned int dat) { unsigned char i; for (i 0; i 16; i) { HC595_SHCP 0; HC595_DS (dat 0x8000) ? 1 : 0; // 先發(fā)最高位 HC595_SHCP 1; // 上升沿把數(shù)據(jù)移入 dat 1; } HC595_STCP 0; HC595_STCP 1; // 鎖存并行輸出到點(diǎn)陣列腳 }邏輯說(shuō)明595 是串入并出移位寄存器16 位數(shù)據(jù)在 16 個(gè)時(shí)鐘上升沿逐位移入最后用鎖存腳的上升沿一次性輸出。dat 0x8000取出當(dāng)前最高位數(shù)據(jù)判斷成 1 或 0 送到 DS 腳。兩片級(jí)聯(lián)時(shí)先發(fā)送的 8 位會(huì)停在較遠(yuǎn)的那片 595 上剛好對(duì)應(yīng)點(diǎn)陣的左半邊。顯示刷新函數(shù)里每一幀從頭掃到尾逐行點(diǎn)亮// screen[row][0] 是第 row 行的左 8 列, screen[row][1] 是右 8 列 unsigned char screen[16][2]; void Disp_Refresh(void) { static unsigned char row 0; unsigned int dat; // 組合成 16 位列數(shù)據(jù)高字節(jié)對(duì)應(yīng)左半邊 dat ((unsigned int)screen[row][0] 8) | screen[row][1]; HC595_SendData(dat); // 選行之前先關(guān)閉所有行避免上一行的余暉殘留 ROW_PORT 0xF0; ROW_PORT | row; // P2 低四位輸出當(dāng)前行號(hào) row; if (row 16) row 0; }邏輯說(shuō)明screen是顯存數(shù)組游戲邏輯只往數(shù)組里寫點(diǎn)顯示刷新只管把數(shù)組內(nèi)容搬上屏幕。ROW_PORT 0xF0先讓 74HC154 所有輸出無(wú)效等列數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再把新行號(hào)輸出這樣能杜絕行切換瞬間的“鬼影”。這個(gè)坑我在第 5 章會(huì)展開說(shuō)——很多人殘影怎么消都消不掉就是少了這一句。3.3 定時(shí)器中斷與主循環(huán)的職責(zé)劃分時(shí)間基準(zhǔn)用定時(shí)器 0 的 16 位模式1ms 中斷一次。晶振 11.0592MHz、12T 模式下機(jī)器周期約 1.085μs1ms 需要 922 個(gè)計(jì)數(shù)初值就是 65536 - 922 0xFC66void Timer0_Init(void) { TMOD 0x01; // 定時(shí)器 016 位不自動(dòng)重裝 TH0 0xFC; // 1ms 初值高 8 位 TL0 0x66; // 1ms 初值低 8 位 ET0 1; // 開定時(shí)器 0 中斷 TR0 1; // 啟動(dòng)定時(shí)器 EA 1; // 開總中斷 }定時(shí)器中斷里只做一件事置flag_1ms 1其余全部放到主循環(huán)處理。這是我從這個(gè)項(xiàng)目里學(xué)到的最重要原則——中斷里只做最輕量的事。很多人把顯示刷新和游戲邏輯都塞進(jìn)中斷結(jié)果按鍵一按蛇飛出去好幾格本質(zhì)是中斷占用了過(guò)多 CPU 時(shí)間主循環(huán)根本沒機(jī)會(huì)處理按鍵。主循環(huán)的骨架如下void main(void) { unsigned int tick_cnt 0; Timer0_Init(); Game_Init(); while (1) { if (flag_1ms) { flag_1ms 0; tick_cnt; // 每 2ms 刷新一行點(diǎn)陣16 行約 32ms 掃完一幀 if (tick_cnt % 2 0) { Disp_Refresh(); } // 每 10ms 采樣一次按鍵消抖依賴這個(gè)間隔 if (tick_cnt % 10 0) { Key_Scan(); } // 每 100ms 蛇走一步也就是游戲速度 if (tick_cnt % 100 0) { Game_Update(); } } } }邏輯說(shuō)明tick_cnt只加不減時(shí)間片通過(guò)取余切開。2ms 掃一行對(duì)應(yīng)幀率約 31fps基本流暢10ms 采樣一次按鍵配合狀態(tài)機(jī)完成消抖100ms 走一步是默認(rèn)速度想加速改成 80ms 甚至 60ms 就行變量抽出來(lái)做成全局調(diào)節(jié)會(huì)更方便。所有任務(wù)都在主循環(huán)里做中斷只負(fù)責(zé)打拍子這保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可調(diào)試性。4. 拿到工程包先做四件事打開、改配置、編譯、燒錄4.1 工程里通常有哪些文件各自干嘛你從網(wǎng)上下到的 51 貪食蛇工程包打開 rar 之后大概率會(huì)看到這幾類東西Keil 工程文件后綴是 .uvproj 或 .uvprojx、若干個(gè) .c 源文件、對(duì)應(yīng)頭文件 .h可能還有原理圖 PDF 或者 Proteus 仿真文件。先別急著點(diǎn)編譯按順序認(rèn)識(shí)一下它們。main.c 是游戲主邏輯所在包含初始化、主循環(huán)、游戲狀態(tài)更新。顯示驅(qū)動(dòng)的代碼可能單獨(dú)放在 disp.c 里按鍵掃描在 key.c 里。這種拆分在老式課設(shè)代碼里不常見很多課設(shè)就是一個(gè) main.c 寫完所有東西但你拿到手之后不要抱怨結(jié)構(gòu)亂——恰恰因?yàn)樗菃挝募愀菀醉樦鴱纳贤伦x一遍把每個(gè)函數(shù)的作用搞明白。原理圖文件比源碼更值得先看。PCB 圖也好、仿真圖也好先確認(rèn)點(diǎn)陣的接線方式和代碼里的引腳定義一致。最常見的問題就是代碼里寫sbit HC595_SHCP P2^1;而你的原理圖把 SHCP 接到了 P2.2這種不一致會(huì)讓屏幕怎么點(diǎn)都不亮。我拿到任何板子工程的習(xí)慣是先畫一張引腳對(duì)照表原理圖一個(gè)引腳代碼一個(gè)引腳核對(duì)完再編譯。燒錄相關(guān)的文件一般不會(huì)在包里需要自己準(zhǔn)備 USB 轉(zhuǎn) TTL 模塊和燒錄軟件。這部分我在 4.3 節(jié)詳細(xì)說(shuō)。4.2 編譯前要改的三個(gè)地方Keil 打開工程之后不要直接按編譯鍵。先打開 Options for Target檢查三個(gè)設(shè)置這三處不對(duì)編譯能過(guò)、跑起來(lái)也是錯(cuò)的。第一處是芯片型號(hào)。很多工程默認(rèn)按 AT89C51 建的但實(shí)際用的是帶 ISP 功能的國(guó)產(chǎn) 51 芯片比如 STC89C52。芯片型號(hào)選錯(cuò)一般不影響編譯但影響燒錄——燒錄軟件讀不到芯片 ID或者說(shuō)“芯片型號(hào)不匹配”。在 Target 標(biāo)簽頁(yè)的 Device 欄重新選擇實(shí)際芯片型號(hào)。第二處是晶振頻率。Options for Target → Target → Xtal(MHz) 這個(gè)值是給 Keil 做串口仿真和延時(shí)分析用的。工程如果默認(rèn) 24MHz而你板子上是 11.0592MHz仿真時(shí)的時(shí)間基準(zhǔn)全錯(cuò)delay 函數(shù)實(shí)際延時(shí)長(zhǎng)了一倍。第三處是 Memory Model。默認(rèn) Small 模式就行51 的片內(nèi) RAM 只有 128/256 字節(jié)這個(gè)項(xiàng)目的變量也小不需要改 Large。如果代碼量很大導(dǎo)致 data 段溢出編譯時(shí)會(huì)報(bào)DATA SEGMENT TOO LARGE再改成 Large 也不遲。改完之后重新編譯確保 0 Error 0 Warning 再往下走。// 一個(gè)常見的坑代碼里沒有包含 reg52.h // 如果 main.c 里直接用了 P0、P1、TMOD 這些寄存器名 // 記得在頭部加上 #include reg52.h邏輯說(shuō)明reg52.h 是 Keil 自帶的寄存器定義頭文件里面定義了 P0、P1、TMOD、TH0 這些 SFR 的地址。有些工程會(huì)自己寫一個(gè)頭文件原理一樣。如果編譯報(bào)undefined identifier P199% 是頭文件沒包含或者目標(biāo)芯片選成了非 51 內(nèi)核的型號(hào)。4.3 燒錄失敗時(shí)先查電平與串口參數(shù)燒錄是新手翻車重災(zāi)區(qū)最常見的現(xiàn)象是燒錄軟件一直顯示“正在檢測(cè)單片機(jī)...”然后超時(shí)。先做排除法。查接線USB 轉(zhuǎn) TTL 模塊的 TXD 接單片機(jī) RXDRXD 接單片機(jī) TXD交叉連接共地。很多人第一次燒錄把 TXD 接 TXD、RXD 接 RXD完全對(duì)不上。還要確認(rèn)模塊是 3.3V/5V 兼容的如果模塊輸出 3.3V 而單片機(jī)需要 5V 供電務(wù)必用外部 5V 給板子供電模塊只負(fù)責(zé)信號(hào)。查上電時(shí)序STC 系列單片機(jī)的下載方式是“冷啟動(dòng)”。操作順序是先點(diǎn)燒錄軟件的“下載/編程”按鈕再給板子重新上電。很多人習(xí)慣先上電再點(diǎn)下載結(jié)果永遠(yuǎn)等不到握手信號(hào)。這個(gè)流程反直覺但用一次就記住了。查波特率9600 和 115200 是燒錄軟件默認(rèn)的高兼容性波特率。如果電腦的 USB 轉(zhuǎn) TTL 模塊是舊的主控芯片115200 可能不穩(wěn)定降到 9600 通常能解決。還有一個(gè)小技巧燒錄軟件里勾選“每次下載前重新裝入文件”和“編程后執(zhí)行”可以少一些手動(dòng)步驟。最后查驅(qū)動(dòng)。USB 轉(zhuǎn) TTL 模塊插上電腦后設(shè)備管理器里要能看到對(duì)應(yīng)的 COM 口看不到就裝驅(qū)動(dòng)。這一步是純環(huán)境問題和工程代碼無(wú)關(guān)但很多人卡在這里誤以為是代碼寫錯(cuò)了。5. 避坑點(diǎn)陣鬼影、按鍵失靈、復(fù)位反復(fù)的排查記錄5.1 現(xiàn)象點(diǎn)陣出現(xiàn)殘影、拖尾整屏像蒙了一層灰點(diǎn)陣在顯示運(yùn)動(dòng)畫面時(shí)蛇尾巴拖著一串“虛影”或者整屏亮度不均勻有幾行明顯發(fā)暗。這個(gè)現(xiàn)象幾乎是 16x16 點(diǎn)陣新手必踩的坑。原因是行切換時(shí)上一行的列數(shù)據(jù)還留在 595 的輸出鎖存里而新的行選通已經(jīng)打開了導(dǎo)致上一行的數(shù)據(jù)在新行上閃了一下。人的視覺對(duì)這一閃很敏感看起來(lái)就成了殘影。解決的辦法就是在選新行之前先關(guān)閉所有行。上文的Disp_Refresh里ROW_PORT 0xF0這一句就是干這個(gè)的。先把輸出全部關(guān)掉再更新行號(hào)最后新行才亮起來(lái)。順序不能變“先送列數(shù)據(jù) → 關(guān)所有行 → 選新行”。另外還要檢查行掃描周期是否太慢如果每行停留超過(guò) 5ms整屏 16 行掃完要 80ms幀率只有 12fps那殘影就不不是行切換的問題了而是視覺暫留不夠需要把刷新調(diào)快。5.2 現(xiàn)象按鍵按下去偶爾沒反應(yīng)或者一次跳兩步按鍵問題的表現(xiàn)分兩種一是快速連按時(shí)丟失按鍵二是按一下方向鍵蛇走了兩格。這兩種現(xiàn)象對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同的原因。丟失按鍵是因?yàn)闆]消抖。機(jī)械按鍵在按下和釋放的瞬間都有幾毫秒的抖動(dòng)如果主循環(huán)在抖動(dòng)期間讀到一次高、一次低就把它當(dāng)成兩次按鍵邏輯就亂了。一次跳兩步的原因更隱蔽有些實(shí)現(xiàn)里把方向修改直接放在了定時(shí)器中斷里中斷每次進(jìn)來(lái)都讀按鍵而游戲移動(dòng)在主循環(huán)里。按鍵按下期間中斷觸發(fā)了多次方向標(biāo)志被重復(fù)改寫蛇自然就連續(xù)轉(zhuǎn)向。我使用的方案是 10ms 采樣一次 狀態(tài)機(jī)消抖。每次采樣到的電平如果和上一次穩(wěn)定值不同就計(jì)數(shù)連續(xù)兩次相同才認(rèn)為電平真正變了。按下瞬間產(chǎn)生一次事件之后按住不動(dòng)不會(huì)重復(fù)觸發(fā)。方向鍵事件在主循環(huán)里只做一次方向更新不直接操作蛇的位置。這樣按一下就是一下永遠(yuǎn)不會(huì)有跳兩步的問題。5.3 現(xiàn)象上電后反復(fù)復(fù)位跑幾秒就白屏板子剛上電時(shí)正常玩不了幾秒就重啟或者 LED 點(diǎn)陣亮度明顯不均勻、單片機(jī)像在“呼吸”。這是典型的電源問題。原因有兩類一是 USB 供電線太細(xì)太長(zhǎng)壓降過(guò)大點(diǎn)陣瞬時(shí)電流一拉單片機(jī) VCC 跌到復(fù)位閾值以下二是電源濾波電容不足點(diǎn)陣行掃描的電流波動(dòng)直接耦合到單片機(jī)電源腳。解決的辦法先把點(diǎn)陣電源和單片機(jī)電源分開走線在板子入口放置一個(gè)大容量的電解電容100μF 起步有條件上 470μF再用一個(gè) 104 陶瓷電容緊貼單片機(jī) VCC 腳。如果還不行降低整體亮度——把點(diǎn)陣列的限流電阻從 470Ω 換成 1kΩ或者用軟件把點(diǎn)亮的占空比從 1/16 降到 1/20犧牲一點(diǎn)亮度換穩(wěn)定性。另外檢查一下是不是 74HC154 的電源腳忘記加去耦電容這種數(shù)字芯片的電源抖動(dòng)同樣會(huì)影響輸出波形。5.4 現(xiàn)象蛇往右走按一下方向鍵卻直接掉頭撞墻這個(gè)現(xiàn)象發(fā)生時(shí)你會(huì)覺得方向“串”了。蛇頭明明朝右按下鍵蛇卻往上或者往下走了有時(shí)候甚至直接反向 180 度回頭撞上自己的身體瞬間死亡。原因有兩個(gè)一是消抖狀態(tài)機(jī)里沒有處理“兩個(gè)按鍵同時(shí)按下”或者“按鍵切換瞬間”。如果上一次穩(wěn)定值是“無(wú)按鍵”這次讀到“上鍵按下”但讀取時(shí)另一路抖動(dòng)干擾導(dǎo)致鍵值錯(cuò)誤映射。二是方向更新沒有做禁止反向的判斷。方向鍵允許蛇在朝右時(shí)直接改成朝左這是一種非常反直覺但新手常犯的放縱設(shè)計(jì)游戲體驗(yàn)極差。解決方法是雙管齊下。按鍵映射函數(shù)里只接受 0x01、0x02、0x04、0x08 這四個(gè)單鍵值其余都按無(wú)效處理。方向更新時(shí)加一個(gè)判斷// new_dir 來(lái)自按鍵映射dir 是當(dāng)前實(shí)際移動(dòng)方向 if (new_dir 0 ((new_dir 2) % 4 ! dir)) { dir new_dir; }邏輯說(shuō)明方向編號(hào) 0上、1下、2左、3右任意兩個(gè)相差 2 的方向互為反方向。(new_dir 2) % 4得到的就是 new_dir 的反方向如果它和當(dāng)前方向相同就說(shuō)明這次按鍵會(huì)導(dǎo)致 180 度掉頭直接丟棄。這樣蛇永遠(yuǎn)只能做左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)想回頭只能先轉(zhuǎn) 90 度再等下一次按鍵這是貪食蛇的基礎(chǔ)手感。5.5 現(xiàn)象食物生成后看不見或者直接消失食物偶爾刷不出來(lái)開局就找不到食物或者玩到一半食物突然“消失”。出現(xiàn)這種情況定位起來(lái)最容易但也最容易犯。原因是食物生成時(shí)只規(guī)避了蛇頭坐標(biāo)沒有規(guī)避整條蛇身。如果蛇身很長(zhǎng)食物落在蛇身某個(gè)身體的格子上顯示層把蛇身畫上去食物就被覆蓋了看起來(lái)像消失。還有一種情況是隨機(jī)數(shù)只取了坐標(biāo)范圍但沒檢查這個(gè)坐標(biāo)是否已經(jīng)存在——同樣的位置反復(fù)生成兩次視覺效果更奇怪。解決方式在 3.1 節(jié)的Food_Generate里已經(jīng)寫了do-while 循環(huán)里遍歷snake_x數(shù)組、snake_y數(shù)組只要新坐標(biāo)和任何一節(jié)蛇身重疊就重新隨機(jī)。這里注意邊界條件當(dāng)蛇長(zhǎng)接近 64 格時(shí)整個(gè)場(chǎng)地幾乎沒有空位這個(gè)函數(shù)會(huì)變成死循環(huán)。實(shí)際游戲里要在蛇長(zhǎng)達(dá)到一定值后宣布通關(guān)或者提前結(jié)束游戲避免掉進(jìn)這個(gè)死循環(huán)里。6. 從 8x8 到 16x16 再到雙緩沖把顯示刷新這條路走到底6.1 數(shù)據(jù)都映射成二維數(shù)組后換分辨率其實(shí)是改一張表如果你已經(jīng)用screen[16][2]這種顯存數(shù)組把游戲邏輯和顯示驅(qū)動(dòng)分開那換硬件分辨率會(huì)比你想象中輕松。游戲邏輯只往screen里寫坐標(biāo)點(diǎn)顯示驅(qū)動(dòng)只負(fù)責(zé)把screen搬上點(diǎn)陣。換成 8x8 時(shí)把screen改成screen[8][1]行列數(shù)宏改一下繪制函數(shù)里的邊界判斷同樣跟著宏走其余代碼基本不用動(dòng)。這里有個(gè)值得養(yǎng)成的習(xí)慣不要直接在游戲邏輯里寫硬件引腳操作所有畫面輸出都走SetPixel(x, y, on)這一層抽象。我見過(guò)不少工程顯示代碼和游戲邏輯耦合在一起換一次屏就得重寫半個(gè)游戲就是因?yàn)闆]做這層隔離。你的下一個(gè)作品可能從點(diǎn)陣換成 LCD、從 LCD 換成 TFT顯存抽象能幫你省掉大把重構(gòu)時(shí)間。6.2 終極驗(yàn)證用一幀空閑時(shí)間去斷言每一幀的用時(shí)游戲跑起來(lái)之后不要只靠眼睛判斷流暢度。用一個(gè)最樸素的辦法實(shí)測(cè)幀時(shí)間在Disp_Refresh()函數(shù)開頭翻轉(zhuǎn)一個(gè)閑置的 IO 口結(jié)尾再翻轉(zhuǎn)回來(lái)用示波器或者邏輯分析儀量這個(gè)方波的高電平寬度。如果每行刷新耗時(shí)超過(guò) 2ms一幀 16 行就會(huì)超過(guò) 32ms肉眼能感覺到卡頓。另一個(gè)更實(shí)用的技巧是把游戲邏輯幀率和顯示刷新率分開算賬。顯示刷新靠時(shí)間片每 2ms 一次游戲移動(dòng)靠計(jì)數(shù)每 100ms 一次。兩者互不阻塞你可以在調(diào)試時(shí)把移動(dòng)間隔調(diào)到 50ms 看蛇飛跑再調(diào)回 100ms 感受正常速度這時(shí)候你會(huì)明顯察覺到“游戲卡不卡”和“點(diǎn)陣閃不閃”是兩個(gè)獨(dú)立問題。能區(qū)分這兩種現(xiàn)象說(shuō)明你對(duì)這套時(shí)間片架構(gòu)的理解已經(jīng)到位了。我在這個(gè)項(xiàng)目上踩過(guò)的最后一個(gè)坑是為了追求“畫面更順”把游戲更新也搬進(jìn)了中斷結(jié)果主循環(huán)沒事可干按鍵響應(yīng)全亂。后來(lái)才明白中斷就適合做節(jié)拍發(fā)生器任務(wù)調(diào)度留在主循環(huán)里51 這種資源有限的芯片反而能跑出穩(wěn)定的效果。這個(gè)原則后來(lái)做其他小系統(tǒng)也一直沒變過(guò)。希望幫到你。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取