基于8×8點陣的豆豆與心跳游戲機的設計

黃道燚,李星活

(汕尾職業技術學院，廣東 汕尾516600)

本文介紹了一款天降豆豆的小游戲機，游戲操作簡單，可單人游戲，也可雙人對戰，可在掌上玩耍，它具備實質感，具有燈光，可玩性強，只需4節5號電池就可以使用。同時，其成本低廉，只需20元左右即可自己組裝，如果批量生產可做兒童小玩具或其他較大產品的推銷贈品。

1 產品的構成與硬件電路設計

1.1 產品結構

游戲機由主機和兩個游戲操作鍵構成。主機表面上設有游戲顯示屏幕，由8×8點陣組成單雙人模式，分別如圖 1(a)、圖 1(b)所示；每個游戲操作鍵上都設有游戲開始按鍵、游戲方向按鍵等3個微動按鈕開關組成，其中一個是單人游戲操作鍵，另一個是雙人游戲操作鍵，兩個完全相同,如圖1(c)所示。

1.2 硬件電路設計

硬件電路由顯示子電路、按鍵子電路、單片機最小系統等幾個模塊組成。

1.2.1 顯示子電路設計

圖1 產品結構圖

顯示子電路由 8×8點陣、8個 9012驅動三極管及R1～R8(270 Ω)和 R9～R16(4.7 kΩ)限流電阻組成，它們受單片機的P0、P2口控制，點陣的顯示采用動態逐點掃描[1]，P2和P0口分別控制點陣的行與列。圖2為 8×8點陣顯示子電路，8×8點陣就是游戲機的顯示屏幕。

圖2 顯示子電路

1.2.2 控制器子電路與單片機最小系統電路

控制器子電路與單片機最小系統子電路如圖3所示，它由6個微動開關組成，并制作為兩個控制器，分別為玩家1控制器、玩家2控制器。其中每個控制器各含3個按鍵，分別為開始、左移、右移按鍵，按鍵連接單片機P1口，檢測低電平時為按鍵按下。圖3中 S2、S3、S4為玩家1控制器按鍵，功能分別為左移、右移、開始；S5、S6、S7為玩家 2控制器按鍵，功能相同。

圖3 按鍵與單片機最小系統子電路圖

單片機最小系統是本設計的主電路，它由單片機AT89S52及外圍元件 12 MHz晶振、電源開關 S1、電阻、電容組成，其中S2～S7按鍵為兩組游戲操作鍵，其主要功能：(1)控制點陣電路的顯示;(2)處理按鍵的接收信號;

(3)完成心跳動畫、游戲、結果顯示等。

2 軟件系統工作原理

本產品軟件主要設計總流程圖如圖4所示。

圖4 主要軟件設計總流程圖

系統啟動之后開始進行初始化,包括：(1)定時器的初始化、開啟中斷、定時器0工作方式設置、定時數初始值設置等;(2)游戲生命、速度初始化;(3)游戲接豆槽位置初始化、單雙人狀態位初始化等。

2.1 心跳動畫程序

(1)點陣逐點掃描:本設計點陣采用逐點掃描的方式，靈活性強，單片機P0、P2分別對點陣的行、列進行控制，其中P0口接點陣的陰極端，P2通過驅動三極管控制點陣的陽極端。由于三極管的倒相性[2]，當P0口和P2口的某個位同時為同低電平時，點亮點陣上對應的發光二極管。在點陣上，圖像由點構成，顯示屏由程序控制其發光二極管逐點點亮，由于掃描時間短，利用人眼的惰性[3]，從而感覺圖像各點同時亮。

(2)心跳動畫：心跳動畫模擬人體心臟的跳動，其由3幅圖像構成，分別是大心形、中心形、小心形。動畫過程為大心形-中心形-大心形-小心形，一幅圖像持續顯示時間為0.5 s左右，整個過程循環顯示，效果近似心臟跳動。

(3)按鍵檢測：設置在延時中，單片機如檢測到其按鍵則停止心跳動畫，進入游戲。

2.2 游戲程序

游戲程序的流程圖如圖5所示。

圖5 游戲程序流程圖

(1)游戲參數初始化：包括游戲生命值、速度初始化，開啟定時器。

(2)顯示程序：采用逐點掃描，顯示的內容包括接豆槽、豆豆及生命點。在顯示過程中,為了顯示的方便和圖像移動的靈活，采用了坐標函數把點陣上各點轉化為平面坐標。

(3)按鍵掃描和按鍵處理程序：對玩家1和玩家2的方向鍵進行按鍵掃描，發現低電平為對應按鍵按下。如按鍵按下則執行相對應的按鍵處理程序，包括左移函數和右移函數。左移函數對接豆槽各點的橫坐標進行減1，顯示效果接豆槽向左移動一格；右移函數對接豆槽各點的橫坐標進行加1，顯示效果接豆槽向右移動一格。

(4)掉豆程序流程圖如圖6所示。掉豆程序主要完成3項任務：產生豆、豆下降、生命值控制。

圖6 掉豆程序流程圖

①產生豆：在判斷屏幕沒豆情況下，掉豆程序控制在屏幕的最上行隨機列數位置產生1豆。本設計采用rand()函數[4]取得隨機列數值。

②豆下降：如果屏幕上有豆，則控制豆的縱坐標減1，屏幕上顯示效果為豆下降。豆下降的時刻受定時器累加次數閾值的控制，在游戲開始時閾值較大，經歷時間較長，豆的下降慢；隨著游戲時間的增加，閾值減少，經歷的時間減短，豆的下降速度變快。所以隨著游戲時間的增長，豆下降的速度越來越快。

③生命值控制：在豆下降同時判斷豆是否掉到最低一行。如果掉到最低一行，則比較其坐標與接豆槽的中心點坐標是否相等，如相等則判定為接住豆，不相等則判定為沒接住。如沒接住豆則生命值減1，同時判斷生命值是否為0，為0則游戲結束，游戲結束狀態位置1，同時根據定時器中斷累加次數給出成績，累加次數大說明游戲時間長，成績好，次數小則相反。成績分為3個等次：優秀、中等、差。優秀則進入大心形圖像顯示函數，代表玩家游戲技術好，具備大心臟；中等進入中心形圖像顯示函數，代表玩家游戲技術普通，具備中等心臟；差則為小心臟。

(5)雙人模式：如果判定按下的開始鍵是控制器2的開始鍵，則進入雙人模式。在雙人模式下，程序結構與上面單人模式相似，區別在于：一方面在屏幕的上方增加第二個接豆槽，掉豆程序增加一個從底行上升的豆，增加第二個生命值和判斷程序；另一方面，成績圖像的修改不再按照游戲時間進行判定，而是按照兩個生命值中哪個先減為零來進行判斷。先減為零的玩家則會在其相對應的半個屏幕顯示一個 “小”，代表挑戰失敗，小心臟；另一玩家則顯示一個“大”，代表獲勝，大心臟。

3 操作方法

(1)開機之時，游戲屏幕會顯示一個跳動的小心臟，按下游戲控制器1上的開始按鍵，即可進行單人游戲。

(2)游戲時，游戲控制器上有兩個方向控制鍵，分別是控制接豆槽向左移動和向右移動。屏幕上方會隨機產生一個豆豆并下降，豆豆的下降速度會隨游戲時間而變快，玩家需要控制接豆槽在豆豆下降到底部時接住豆豆，否則會扣掉1個生命值。初始生命值為3，扣完則游戲結束。

(3)接豆游戲結束時，游戲機會根據玩家的成績給出結果：游戲成績優異的玩家將會獲得一個大心臟心跳動畫的獎勵，表示這個玩家擁有高超的技巧和大心臟；游戲成績中等的玩家會獲得一個中等心跳動畫的心臟，表示該玩家處在普通的水平；游戲成績差則會獲得一顆小心跳動畫的心臟。

(4)如果在開機之后，按下游戲控制器2上的開始按鍵，則可以進行雙人對戰接豆游戲。只不過雙人游戲時，兩個玩家需要面對面，游戲屏幕上下各有一個接豆槽，屏幕的上下方各隨機產生豆豆，玩家需要控制各自的接豆槽接住豆豆。當任一方生命值扣完游戲結束，勝利的一方會獲得一個“大”，代表大心臟；失敗的一方獲得一個“小”，代表小心臟。

利用單片機制作的小游戲機與計算機制作的小游戲相比，具備有成本低廉、便攜性、實質感等優點，適合作為兒童玩具。雖然單片機的應用非常多，但是在制作電子游戲方面偏少，本設計的游戲操作簡單，并且具備單雙人模式，趣味性強，是一個很不錯的兒童玩具電子產品，也適合作為電子愛好者練習焊接的套件。其軟件設計部分因篇幅關系在此省略。

[1]閻石.數字電子技術[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]胡宴如.模擬電子技術[M].北京:高等教育出版社,2008.

[3]李華.MCS-51系列單片機實用接口技術[M].北京:北京航天航空大學出版社，2007.

[4]楊黎.基于C語言的單片機應用技術與Proteus仿真 [M].長沙:中南大學出版社,2012.