摘 要街机游戏在全球范围内广受欢迎。随着科技的不断发展游戏机的种类也越来越多。它的内容虽然简单,但麻雀虽小五脏俱全其他游戏具有的特点它大部分也拥有。点阵屏游戏机具有体积小、操作简单、价格便宜等优点深受广大娱乐爱好者的喜爱。曾经我们家家户户都有一个“小霸王”游戏机到我们人手一份的PSP掌上游戏机再到我们如今使用的智能手机都是我们玩游戏的设备。本设计是以单片机为控制器完成这些内容并且对于单片机初学者也可以完成这项任务对微控制器控制电路产生兴趣从而提高学习的乐趣。本课题研究的内容为点阵屏游戏机设计。该套系统主要由按键、单片机STC15w408AS、88点阵屏、开关、HDR-F-2.54语音模块等部分组成采用STC15w408AS单片机作为主控芯片88点阵显示游戏的工作状态通过按键可以控制游戏的移动也可通过语音控制进行游戏的进行可以调节屏幕亮度和控制声音开关内置四款小游戏贪吃蛇、俄罗斯方块、赛车、打飞机。此设计是一套基于单片机技术的点阵屏游戏机设计让我们重温童年乐趣。关键词:游戏机单片机STC15点阵屏语音模块ABSTRACTArcade games are wildly popular worldwide. With the continuous development of technology, there are more and more types of game consoles. Although its content is simple, although Sparrow is small and has all five internal organs, it also has most of the characteristics that other games have. Dot matrix screen game consoles have the advantages of small size, simple operation, and low price, and are deeply loved by entertainment enthusiasts. We used to have a “Little Overlord” game console in every household, from our own PSP handheld game console to the smartphones we use today, which are all devices we use to play games. This design uses a microcontroller as the controller to complete these tasks, and for beginners of microcontrollers, this task can also be completed, generating interest in microcontroller control circuits, thereby improving the fun of learning. The research content of this project is the design of dot matrix screen game consoles. The system mainly consists of buttons, microcontroller STC15w408AS, 8 * 8 dot matrix screen, switches, HDR-F-2.54 voice module, and other parts; The STC15w408AS microcontroller is used as the main control chip to display the working status of the game in an 8 * 8 dot matrix. The movement of the game can be controlled through buttons or through voice control. The screen brightness can be adjusted and the sound switch can be controlled. There are four built-in small games: Snake, Russian Square, Racing, and Fighter. This design is a dot matrix screen game console based on microcontroller technology, allowing us to relive the fun of childhood.Key words:Game consoles; microcontroller; STC15; lattice screen目 录第1章 绪论 11.1 研究目的及意义 11.2 国内外研究现状 11.3 主要研究内容 2第2章 系统的总体结构 42.1 设计方案 42.2 技术路线 42.3 主要器件选择 52.3.1 单片机型号选择 52.3.2 屏幕型号选择 5第3章 系统的硬件部分设计 73.1 系统总体设计 73.2 系统的主要功能模块设计 83.2.1 单片机模块设计 83.2.2 蜂鸣器模块设计 93.2.3 USB供电模块设计 103.2.4 LED88点阵屏模块设计 113.2.5 HDR-F-2.54语音模块设计 113.2.6 按键模块设计 123.2.7 数码管模块设计 13第4章 系统的软件设计 154.1 软件的主要流程 154.2 LED 88点阵屏模块的软件设计 154.3 HDR-F-2.54语音模块的软件设计 164.4 蜂鸣器模块的软件设计 184.5 按键模块的软件设计 194.6 数码管模块的软件设计 19第5章 系统测试 215.1 系统实物图 215.2 测试步骤 22第6章 总结与展望 246.1 总结 246.2 展望 24参考文献 25致谢 27附录 28电路图 28源代码 28第1章 绪论1.1 研究目的及意义伴随着科技的高速发展游戏已经以更多的形式展现给人们。从曾经我们家家户户都有一个“小霸王”游戏机到如今人手一份的PSP掌上游戏机再到我们普遍使用的智能手机这些设备都成为我们玩游戏的工具。在这些众多游戏中贪吃蛇游戏因其简单易上手和娱乐性强而备受欢迎。如今我们有机会通过设计一套基于单片机技术的点阵屏游戏机重新体验童年时的乐趣。本研究的目标是设计一种基于点阵屏的游戏机并探索语音控制游戏的新奇体验。我们将重点关注硬件设计和软件设计方案分析其优点和实用价值为游戏机制造商和娱乐爱好者提供参考和借鉴。除了传统的按键操作外我们还将引入语音控制功能为游戏机增加新奇的体验。通过语音模块玩家可以使用口头指令来控制贪吃蛇的移动例如说出向左、向右等命令。这种创新的控制方式不仅增加了游戏的趣味性还提供了一种全新的交互方式。此外我们还将设计多关卡功能增加游戏的可玩性。当贪吃蛇吃到一定数量的食物时游戏会进入下一关卡。每过一关游戏的速度和难度都会逐渐增加挑战玩家的反应和操作能力。这种渐进式的游戏设计使得游戏更具挑战性让玩家可以不断提高自己的技能。通过本研究的设计方案我们可以实现一套基于单片机技术的点阵屏游戏机让玩家重新感受到贪吃蛇游戏带来的童年乐趣。这种游戏机的优点在于其简单而可靠的硬件设计创新的语音控制功能以及多关卡设计带来的挑战性。无论是游戏机制造商还是娱乐爱好者都可以从这个设计方案中获得启发和借鉴为游戏行业带来新的可能性。1.2 国内外研究现状点阵屏游戏机作为一种娱乐设备近年来在国内外的研究和开发方面取得了一定的进展。以下是点阵屏游戏机设计的国内外研究现状的介绍。在国内点阵屏游戏机设计的研究主要集中在硬件设计、软件设计以及用户体验等方面。在硬件设计方面国内研究人员致力于设计小型、便携和高性能的点阵屏游戏机。他们通过选择合适的主控芯片、点阵屏以及其他外围设备设计出具有良好游戏体验的硬件平台。在2019年国内的研究人员李倩在《贪吃蛇游戏设计》中设计了一款新型的贪食蛇游戏系统使用单片机作为控制核心[1]。同时他们还注重考虑功耗、供电和扩展性等因素以提高设备的可靠性和稳定性。在软件设计方面国内研究人员致力于开发多样化的游戏内容和功能。他们设计并优化了贪吃蛇、俄罗斯方块、赛车、射击等经典游戏并探索了新的游戏玩法和创新性的交互方式。在2016年陈帅等人的团队在《基于FPGA的点阵贪吃蛇游戏的设计与实现》中设计并实现了一款基于FPGA实验板和LED点阵模块的贪吃蛇游戏系统[5]。同时他们也关注游戏的流畅性、难度调整以及用户界面的友好性以提供更好的游戏体验。此外国内研究人员还关注用户体验方面的改进。他们通过人机交互设计、声音效果、屏幕亮度调节等手段提高点阵屏游戏机的易用性和娱乐性。同时他们也在设计中考虑了游戏机的外观设计和材料选择以增强产品的吸引力和竞争力。需要指出的是在国内的点阵屏游戏机设计研究中还存在一些挑战和待解决的问题。例如如何进一步提升游戏画面的清晰度和色彩表现力如何增加游戏机的功能和扩展性以及如何降低成本和提高生产效率等方面仍需进一步研究和探索。在国外点阵屏游戏机设计的研究主要涉及硬件技术、软件开发和创新玩法等方面。在硬件技术方面国外研究人员关注点阵屏游戏机的设计创新和性能优化。他们致力于开发更高分辨率、更大尺寸和更丰富功能的点阵屏以提供更好的游戏体验。在2021年国外的Di Salvo Mirco在《A Multi-One Instruction Set Computer for Microcontroller Applications》一文提出了一种简单的只整数指令集体系结构和微体系结构[12]。同时他们还关注游戏机的物理结构设计、电源管理和接口扩展等问题以提高系统的稳定性和可靠性。在软件开发方面国外研究人员注重游戏内容的创新和多样化。他们不仅设计并优化了经典的游戏如贪吃蛇、俄罗斯方块和打砖块还开发了许多创新玩法和新颖的游戏概念。他们借助先进的算法和技术实现了更复杂的游戏机制和更精彩的游戏体验。2020年Abdullah在《Controlling Periodic And Aperiodic Real Time Tasks Using Microcontroller》中实时计算机系统需要对其运行环境中发生的外部事件提供及时的响应[22]。此外国外研究人员也关注点阵屏游戏机的交互方式和用户体验。他们研究并应用新的控制方法如触摸屏、运动传感器和语音识别等以提供更直观、更便捷的游戏操作体验。同时他们还注重游戏机界面的设计和美学以提升用户的视觉享受。国外研究人员在点阵屏游戏机设计领域取得了显著的进展同时也面临一些挑战。例如如何平衡游戏性能和功耗如何实现更高的图形渲染质量以及如何应对不同地区和文化对游戏需求的差异等。这些问题需要进一步的研究和探索。综上所述国内外都对点阵屏游戏机设计进行了广泛的研究。研究人员关注硬件技术、软件开发和用户体验等方面努力提供更丰富、创新和具有吸引力的游戏机产品。随着技术的不断进步和用户需求的变化点阵屏游戏机设计领域将继续取得新的突破和发展。1.3 主要研究内容本课题研究的内容为点阵屏游戏机设计。这套系统由按键、单片机STC15W408AS、88点阵屏和开关等组成。主控芯片采用STC15W408AS单片机用于控制88点阵显示游戏的工作状态。通过按键操作可以控制游戏的移动。贪吃蛇游戏中如果蛇头撞到墙壁或者咬到蛇身则游戏会自动结束。当达到一定数量时游戏会进入下一关卡每过一关卡游戏速度和难度都会增加也可通过语音模块进行游戏的开始结构框图如图所示图1.1 系统结构框图第2章 系统的总体结构2.1 设计方案本设计方案旨在介绍一套点阵屏游戏机的设计。该游戏机由按键、单片机STC15W408AS、88点阵屏和开关等组成通过控制贪吃蛇的移动玩家可以享受到经典游戏的乐趣。游戏具备多关卡功能速度和难度逐级增加同时还加入了语音模块提供游戏开始的语音提示。系统组成该游戏机由以下几个主要组件组成按键用于玩家控制贪吃蛇的移动包括向上、向下、向左和向右的操作。单片机STC15W408AS作为主控芯片负责控制整个系统的工作状态。88点阵屏用于显示贪吃蛇游戏的图像和界面。开关用于开启和关闭游戏机的电源。语音模块本游戏机还配备了语音模块通过语音提示玩家游戏的开始。当玩家开启游戏机时语音模块会发出欢迎词并指导玩家按键开始游戏。数码管模块用于显示记录游戏分数。游戏规则游戏移动控制玩家通过按键操作控制游戏的移动方向包括向上、向下、向左和向右或通过语音控制。游戏结束条件如果贪吃蛇的蛇头撞到墙壁或者咬到自己的蛇身则游戏自动结束。多关卡功能当贪吃蛇吃到一定数量的食物时游戏进入下一关卡。每过一关卡游戏速度和难度都会增加提供更具挑战性的游戏体验。1.理论知识准备阶段了解并掌握有关课题的理论知识2.确定系统各个模块收集相关软硬件资料并理清各个模块之间的关系3.规划课题确定系统组成结构勾画出大体系统框架并提出原理框图4.利用软件完成硬件电路部分设计并画出各部分电路图将系统部件通过接口电路集合在一起5.根据系统控制过程完成软件设计部分绘制出主流程图6.进行模拟仿真检查系统是否能够按照要求实现控制功能并整理论文。2.2 技术路线1硬件部分需要单片机单片机STC15w408AS、按键、8*8点阵屏、开关、HDR-F-2.54语音模块。2软件平台程序用keil 53画原理图用AD4编程语言用C语言2.3 主要器件选择2.3.1 单片机型号选择方案一STC15W408AS是一款高性能、低功耗的8位单片机由STC公司生产。该单片机采用了高速Flash存储器可以实现快速启动和速度优化同时还具备低功耗、高可靠性、高抗干扰性等特点非常适合于嵌入式系统和智能控制领域的应用。该单片机主频达33MHzFlash存储器8KBRAM存储器512字节支持UART、SPI、I2C、定时器和PWM等多种外设接口可实现数据传输、定时控制和PWM输出等功能。S