1、设计概述 1.1设计目的 在学习单片机时，为避免枯燥无味的调试学习，把学习的目的作为制造一款游戏，既能增添学习的乐趣，又能学到单片机、计算机底层的知识。 1.2设计任务 在STC的数码管上做一条贪吃蛇，蛇可吃食物边长，碰到边界和自己死亡， 游戏玩法为：导航键向上移动，最左边按键向左移动，最右边按键向右移动，中间按键向下移动，食物是随机产生的， FPGA的六个按键分别代表一个速度，可以控制蛇的速度。 1.3设计要求 1、导航键控制蛇向上移动，当蛇向下移动时此按键无效。 2、K1控制蛇向右移动，当蛇向左移动时此按键无效。 3、K2控制蛇向下移动，当蛇向上移动时此按键无效。 4、K3控制蛇向左移动，当蛇向右移动时此按键无效。 5、开局播放提示音，为营造气氛，播放急促的敲击声音，提示游戏开始 6、每移动一格，要同步发出移动的提示音 7、随机产生食物，产生的食物不能在蛇的身体上出现 8、蛇从食物经过的时候，食物变成蛇的头，从而蛇变长 9、蛇会根据速度向前不断走 10、当蛇触碰到边界，游戏结束 11、当蛇碰到自己时游戏结束 12、当游戏结束时，想显示3s死亡前的 13、当游戏结束时，播放音乐 14、当游戏结束的时候，数码管显示分数，即蛇的长度，要求以流水灯的形式展示，分数从左边第一个数码管显示到右边最后一个数码管， 再从最后一个数码管显示到左边 第一个数码管，如此循环，此外要求，分数的跳动要同步音乐的节奏， 音乐播放一个 节拍，蛇移动一步，并且要求同步。 15、FPGA的六个按键分别代表一个速度，当按下时，发送数据给单片机，告诉单片机 改变蛇体的速度，当发送数据至单片机时， LED灯的右边六个要亮起对应的按键， 提示蛇的速度已经改变
2、总体方案设计 STC部分：
FPGA部分：
注： 目前还没有实现FPGA串口接收数据和显示
如流程图中，游戏进行时运行主要进程为实时运行显示蛇的状态，通过中断1，每隔1ms打断主函数的执行，然后判断更新蛇的的信息， 这样当中断结束以后，蛇就有了新的数据，利用这样的中断，可以类似实现多线程；如果导航按键有数据更新的就使用中断器更新寄存器的数值， STC应该是没有中断嵌套，因此当中断1结束的时候，就立马会更新；蜂鸣器的中断同理；用于数据接收的中断器也是如此，如果接收到FPGA的数据， 打开中断更改蛇的数据，在蛇的下一次移动的时候，改变响应的速度。
在游戏结束的时候，因为要同步播放背景音乐，相比之下，显示分数的速度会比显示蛇的速度快很多，因为音乐的播放会延时， 因此将音乐播放的程序放置主函数中，将分数显示的函数放置中断函数中，这样既能播放音乐又能显示分数，如果两个函数放置的地方想法， 那么中断会进行很长一段时间，因为音乐的节拍可能会很长，因此会出现数码管显示暗淡甚至不亮。
同理，当接收到FPGA改变速度的信号时，LED的不能显示太长时间，不然会使游戏出现卡顿，太多时间又不会亮，因此寻找一个临界点是关键方案。
3、硬件原理 首先，一个STC最重要的当然是引脚分配图：
P0口设置与工作原理： STC系列芯片有5组8位输入口，分别为P0到P5，其中P5口仅P5.0~P5.5用于输入输出。 STC芯片的所有I/O口都可以配置为四种工作模式之一：准双向口/上拉、推挽/上拉、输入/高阻和开漏模式。 STC15系列单片机上电复位后为准双向口/上拉工作模式。每个I/O口的工作模式由2个控制寄存器中的相应位控制（PnM0和PnM1，n=0、1、2、3、4、5）。 也就是说P0口的具体工作模式由P0M0和P0M1控制。
数码管和LED电路原理：
如图，工作原理： P0口的8位输出分别控制1个LED数码管的7段和一个小数点；而P2.3经反相器U4C控制74HC138的使能信号E3， 结合P2.0、P2.1、P2.2这3个位选控制信号确定8个LED数码管中的哪个被点亮；电阻R15～R22为限流电阻。当段选为高、使能信号有效时，对应的LED管将会发光。 通过以一定频率扫描位选信号，修改段选信号进行数码管点亮一段时间，从而给人视觉上几个数码管几乎同时显示的效果，因此蛇的形状可以通过这样显示。
LED数码管引脚定义：
给对应的引脚接1，就可以点亮数码管。
导航键及按键
这个导航最麻烦了，工程需要使用ADC进行导航按键的电压采集，并将采集后的转换结果送到数码管的显示。 导航按键电路及工作原理说明： 导航按键在上图的标注为MINI_KEY5，导航按键的每一个方向被按下，都会引起实际电压的改变，从而可以根据这个原理，与A/D转换器配合， 可以判断哪个方位被按下，获取按下后A/D转换的结果。
A/D转换后的高三位（Seg0）和低五位（Seg6-Seg7）：
在工程中我只需要用到导航键按下和key3按下，所以我只需要考虑adc出现对应的两个值即可，即0 和 3。
无源蜂鸣器电路原理图：
无源蜂鸣器需要我们给提供振荡源。理想的振荡源为一定频率的方波。 实验板采用的是无源蜂鸣器，是电磁式蜂鸣器，电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后， 接收到的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。 无源蜂鸣器只需改变Beep（引脚为P3.4）端口的电平，产生一个周期性的方波即可使蜂鸣器发生声音，不同的频率发出的声音不同。 其中，ULN2003是一个功放，用于放大电流。电阻R14和电容C21是用来保护电路的。
数据传输模块原理：
STC的右边有一个串口，从引脚图上可以看出P1.0 和 P1.1 口分别为它的接收和发送端口，通过传输不同的电压， 达到单片机能判断01的临界条件即可传输信息，再以一定的速度改变传输的电压，不同的机子间设置好对应的协议即可实现信息的传输。
4、软件设计与实现 通过分模块的思想，将游戏的运作分为很多模块，每一个模块对应实现一个功能，但是c语言的特性使得一些变量不好封装，而且还要用到中断， 于是采用类似封装的思想，以下是我的一些主要的代码的设计与实现。
变量和头文件定义定义：
#include <STC15F2K60S2.h>
#include <rand.h> #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define Sysclk 11059200L #define Baudrate 9600
uint speed[6] = {1000,900,800,700,600,500};
uint reset[15] =
{0,1908,1701,1515,1433,1276,1136,
1012,956,852,759,716,638,568,506};
// 设置频率
//0 1 2 3 4 5 6 7
xdata uchar music[204]=
{10,1, 10,1, 10,1, 10,1, 12,1, 12,3, 9,1, 9,1, 10,1, 9,1.5, 8,1,
8,1, 8,1, 8,1, 8,1, 10,2, 10,1, 10,1, 11,2, 10,3, 0,1, 8,1,
8,1, 9,1, 8,1, 9,2, 0,1, 8,1, 8,2, 6,1, 6,1, 5,3, 0,1, 9,1, 9,1,
10,1, 11,1, 11,2, 0,1, 9,1, 8,1, 10,1, 9,0.5, 9,2, 0,1, 10,1,
10,1, 10,1, 10,1, 12,1, 12,3, 0,4, 10,1, 10,1, 12,1, 12,2,
10,1.5, 0,6, 8,1, 8,1, 8,1, 8,1, 8,1, 10,2, 10,1, 0,1, 10,1,
10,1, 10,2, 10,1, 10,1, 11,1, 10,4, 0,2, 8,1, 8,1, 9,1, 8,1,
8,2, 6,1.5, 8,1, 8,2, 6,1, 5,3, 0,2, 9,1, 9,1, 10,1, 11,1, 11,2,
0,1, 10,1, 9,1, 8,1,10,1, 9,1 };
//
sbit LED_SEL = P2^3;
sbit key1 = P3 ^ 2;
sbit key2 = P3 ^ 3;
sbit beep=P3^4; // 蜂鸣器
//这里初始化值
uchar arrSegSelect[] =
{0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f,
0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71, 0x00};
uchar arrDigitSelect[] =
{0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07};
//数码管段选
uchar idf;
uint time;
uint cntKey;
uint cntMusic;
uint delayMusic;
int adc_value;
int foodTemp;
//记录游戏的结束开始 int isStart; int isEdge; int isPress; //判断是否按了按键，处理消抖动 int musicFlag = 0; int moveFlag = 0;
//*****记录snake的坐标位置，信息 int x[50], oldX[50]; int y[50], oldY[50]; int len = 3; int dir = 1; //上下左右 0 1 2 3 int cntScore = 0; int addScore = 1; int foodX[2]; int foodY[2]; uchar rdata = 0x00; uint curSpeed; uint rdataTemp; int displayOld;
函数的定义： //一些用到的函数 void delay_ms(uint n); //延时函数 单位为ms 这是一个延时函数，用STC的下载软件直接生成，作为一些时间的延时函数
void snakeInit(); 这里初始化蛇的形状，位置，和速度
void paintSnake(); 这个函数专门用来在数码管上显示蛇的形状。
void ADCInit(); 这个函数用来初始化ADC的使用，中断的开启
void time0Init(); 这里初始化定时器1
void primeEdge(); 这个函数用来，判断蛇的位置时候合理
void makeFood(); 这个用来随机生成食物，要注意的是食物不能够出现在蛇的身体上
void paintFood(); 这个函数用来将食物显示在数码管上
void eatFood(); 这个函数，在蛇碰到食物的时候，将食物吃掉
void primeHeader(); 这个判断蛇的头时候碰到了身体，如果蛇碰到了身体，那么游戏结束
void Delay100us(); 这是一个延时函数，数码管的延时，用一个较短的延时，使数码管刷新尽快，通过快速的刷新，使得显示的年度会增加
void time1Init(); 定时器3的初始化
void paintScore(); 游戏结束时，显示分数
void play(); 播放背景音乐函数的调用
void playMove(); 移动提示音的调用
void changeSpeed(); 接收FPGA的数据，并且改变速度值
void Uart_Init(); 初始化串口2用到的计时器
void Uart2_process(); 用来接收数据的函数 5、实验过程与测试 由于是分模块处理的，所以根据设计好的思路，一步一步加入新的功能。
首先当然是数码管显示蛇的形状，只在数码管上显示蛇的初始形状。
其次，蛇要移动，于是乎，在中断中尝试让蛇向右移动，测试时简单让蛇一直向右前进就行了。
接下来蛇会动了，那就得改变方向了，在这里要引用按键，先测试简单的三个按键，让蛇能够向左，向下，向右移动。
这时加入导航按键，此时主意key3的输入也会影响导航按键，于是在获取到adc的值得时候，直接使用key3的转化值，通过调试，蛇就可以移动啦！
好了能玩了，但是还远没有结束！
首先还有一个边界判定，如果蛇爬出了边界，就让游戏结束，并且让蛇停止在碰撞前的原地，因此，做到这里的时候加入，停止判断标志和数据更新的时候记录， 上一步的数据，这样就可以返回碰撞前的位置。
测试成功后，一个简单的蛇就完成，但是得加入点声音，于是乎，在数据更新的后面，顺带给蜂鸣器的定时器打开一个时间，按照一定的频率，震动一段时间， 这样就模拟出了移动时的声音。
开局的时候也来一个提示音乐吧！ 调试来调试去，发现把显示放在主函数里，会被背景音乐影响，看来音乐是做不成的了，但是， 设计给蜂鸣器定时器设置一个开启时间和结束时间，这样可以播出一个持续的敲击声，顺带有紧张急促的感觉。
游戏结束了，也得让玩家看看分数，但是原来的设计是显示碰撞前的形状，有点冲突，呃~~，那就提示1s的时间，然后显示分数。通过调试成功。
最后播放分数的时候，也来一个音乐，前面没成功，是工程太难改了，这个把主函数放放入分数显示模块，同时中断播放音乐，到这里已经基本开发完了。
最后显示分数有点单调，于是再来一个流水形式展示分数，跳动的时候跟着音乐节奏一起来，一个节拍， 就跳动一次。
那么游戏其实已经可以到此结束，还有没有可以加入的功能呢？STC已经没有按键了，但是当思考的时候FPGA来了，于是想到结合一下数据传输， 最后想到给STC的蛇来定一个速度好了。
首先，要接收PPGA的信号，就首先要有信号发送，通过查看STC的开发手册，发现有串口2可以接收，波特率为9600的信号，于是，在FPGA上调试，发送数据位8位， 停止位为一位的数据，速度调试好，一秒钟发送9600个数据，此时STC也要设计程序接收信息，通过测试发现是不行的， FPGA的频率不对，导致协议不同， 于是通过同学那里得知正确的时间，最后才接收到数据，FPGA是只要键盘数据改变了就发送数据，STC接收到后，改变速度即可。
做到这里，我又想到了扩展模块，将蛇显示在FPGA上，由于如果真的这样改，我的整个工程的模块都要重新写，时间有点来不及，因此，扩展的实现算是一个遗憾。
6、设计总结与心得 6.1设计总结
做完这个综合设计，确实是遇到了不少的问题。首先，程序是不断调用中断，当一个主的中断程序越写越多的时候，运行时间会变长，还有可能会发生预想不到的事情， 因此，在中断写函数的时候，要尽可能的简短，如果中断运行时间过长，后面等待的中断会被阻塞；其次，调用数码管的时候，如果同步声音的时候， 声音的播放会中断数码挂的显示，因此在设计的时候就要考虑到这个问题，我在刚开始设计游戏的时候并没有考虑这么多问题，也不是很清楚硬件的发音显示的原理， 从而导致最后的功能没有完美实现；除此之外，我了解了很多的硬件的直接调用， 例如如何将简谱转化为歌曲的音符和节拍，中断的使用，数码管小数点的显示， 如何AD转化等等。 6.2设计心得 通过这次综合设计，我不仅开发出了一款可以用的游戏，而且我也学会很多软 件对接硬件的知识，并且对计算机的底层有了很多前所未有的了解。 更重要的是我 学会了如何一步步去发现问题，通过查找文献，或者请教同学老师，如何在一个 陌生的领域从完全不了解到入门的学习方法。 当然根据实验的过程，我还学会先仔 细分析硬件的底层原理，再做设计，这样才不会做到一般的时候发现不足之处。