基于單片機的貪吃蛇游戲的實現

吳尚茗 楊麗燕 劉亞榮

摘 要：文章是基于ALIENTEK精英STM32開發板，在μC/OS-II嵌入式操作系統下，用C語言進行的簡單貪吃蛇游戲設計。本游戲設計主要利用觸屏顯示模塊、LED測試模塊和RTC時鐘模塊來控制游戲運行。利用LCD觸摸屏實現四個輕觸按鍵，將按鍵信息發送至郵箱，控制上下左右，實現貪吃蛇的簡單吃豆、計數和整個游戲界面顯示等相應功能。

關鍵詞：貪吃蛇游戲;STM32單片機;μC/OS-II嵌入式操作系統

中圖分類號：TP368.12 文獻標識碼：A

手機游戲的歷史已經超過十年，其是現代生活的一種娛樂方式。貪吃蛇游戲作為早期的嵌入式開發游戲，雖然游戲內容和畫面都很簡單，但在手機游戲出現的早期，其是一款相當經典的游戲[1]。

1 總體方案設計

本次設計的主要硬件模塊，選擇使用ALIENTEK精英STM32開發板。基于開發板的Cotrex-M3內核，及μC/OS-II嵌入式操作系統，將μC/OS-II嵌入式操作系統移植到ALIENTEK精英STM32開發板上。在μC/OS-II嵌入式操作系統下，利用單片機的內設LED顯示燈模塊以及RTC系統時鐘等兩個模塊相互配合，并結合STM32搭載外設4.3寸TFTLCD液晶顯示屏的顯示和觸摸功能，來實現貪吃蛇游戲的簡單吃豆、計數以及整個游戲界面顯示等相應功能。系統總體設計框圖如圖1所示。

2 游戲的軟件設計

2.1 系統總程序設計

本游戲從游戲開始后進行難度選擇，通過選擇難度確定蛇運動的速度，由此開始游戲。開始游戲時，蛇首先向指定方向運動，再通過按鍵控制蛇的運動方向以及游戲的暫停與開始。如果蛇吃到食物，則蛇身增長;如果蛇碰到自身和墻壁，則游戲結束，通過觸屏按鍵重新開始游戲。游戲的總流程圖如圖2所示。

2.2 優先級任務設計

在μC/OS-II嵌入式操作系統下，軟件設計要分不同任務進行設計，且每個任務按各自優先級高低順序執行，任務之間通過信號量及消息郵箱進行通信。

此次設計主要創建三個不同優先級別的任務：LED任務（led_task）、觸摸屏任務（touch_tesk）、貪吃蛇任務（snake_task）。優先級的順序為touch_tesk>snake_task>led_tesk。即開始游戲就執行貪吃蛇任務，如果屏幕掃描到有觸摸按鍵按下，就發送觸摸事件消息到郵箱;此時，游戲任務從郵箱中獲取消息，開始執行游戲任務。

優先級任務設計流程圖如圖3所示。

2.3 游戲顯示任務設計

設計的主要思路為，將屏幕界面分為按鍵控制模塊和游戲界面模塊，初始頁面使用LCD的畫鍵盤功能設計游戲等級，選擇等級后清屏進入游戲界面。游戲界面將屏幕分成720個小方塊，即地圖上有720個點，每個點的數值代表0位空地，大于0為蛇身，-1為食物。一開始設定所有的點都為0，利用RTC時鐘隨機將一個點的數值設為-1，再將連續3個點分別置1、2、3代表蛇身，這就是貪吃蛇的初始長度，之后蛇身數值增長，因此蛇身的數值都是大于1的。

2.4 蛇身運動設計

根據輸入的鍵位值來確定蛇的方向。蛇的運動方式為柔體傳動，即蛇身的位置不變，蛇頭向相應的方向前進，蛇尾相對于上一次響應減少一個方塊，而不是輸入某一個方向后整體向同一個方向移動。

因此，在設計時要定義一個數組map[i]，用來儲存蛇身的數據，用LCD寫入顏色的功能將這個數組涂上貪吃蛇的顏色。定義蛇尾為1，蛇頭每前進一步，len增長，map值自加，向前的格子涂上蛇身顏色。同時，通過坐標檢測確定蛇并沒有吃到食物，此時使用len自減。這樣，貪吃蛇的總長度就沒有發生變化。將map=1的格子涂上白色，即去掉蛇尾，再將map自減，完成蛇的一次向前運動。同理，如果蛇吃到了食物，則將食物涂為蛇身顏色，此時len增長，map增長，且將不做自減。此時，蛇再進行向前運動。

具體實現細節如下。

2.4.1 判斷蛇的移動方向

初始時將cl定義為蛇的運動方向，當觸屏任務將發送指令時，蛇頭向相應位置的坐標增加，即蛇向相應的方向移動。在運動過程中，如果輸入的運動方向與貪吃蛇正在運動的運動方向相反，則會發生反向運動。為了避免反向運動造成程序運行錯誤，需要判定運動方向不為指令方向的反方向。

2.4.2 判斷蛇是否吃到食物

根據蛇頭的坐標與食物的坐標是否相等，來判斷蛇是否吃到食物。如果吃到食物，則蛇的長度和游戲分數均加1，并執行RTC時鐘指令，出現下一個食物。吃掉食物后，蛇的關節數加1，并根據蛇的移動重新畫出蛇的身體。

2.5 結束任務設計

根據設定的游戲區域范圍，如果蛇頭的坐標超過該范圍，即相當于蛇撞墻死掉，游戲結束;當蛇長超過3的時候，就有可能與自身相撞，判斷當蛇頭的坐標與蛇身體的任一坐標相等時，蛇就死掉，游戲結束。判斷如果蛇的sh.x和sh.y在設定的區域外或map[sh.y * 30 + sh.x]大于1，則說明蛇死掉，就觸發游戲結束。

蛇死掉后，游戲任務觸發信號量，開啟時鐘延時。此時，游戲結束任務獲取信號量，開始執行游戲結束任務，即在LCD顯示屏上顯示“GAME OVER！”和“RESET”按鍵。點擊“RESET”按鍵，可以重新回到游戲頁面。

3 結語

本次設計實現了貪吃蛇游戲的基本功能：游戲開始時，通過方向鍵控制貪吃蛇的運動方向;當貪吃蛇吃到隨機出現的食物時蛇身增長，當蛇碰到墻壁或者自身時，蛇死亡，游戲結束。并且在按鍵、吃到食物以及貪吃蛇死亡時配合不同音效，同時游戲有三個可調節的難度供選擇

參考文獻

[1] 劉曉崢.淺析基于J2ME平臺的貪吃蛇游戲開發[J].科技視界，2013（17）：38-39.