1设计目的
在21世纪的今天，人们的生活开始变得更加丰富多彩。在繁忙的工作之余，娱乐成为人们生活不可或缺的一份子，而游戏作为近年来逐渐兴起的一种娱乐方式，已经越来越受到人们的青睐。在工作学习之余，通过玩游戏来放松、调节紧张的学习工作压力是不错的选择;然而大型的网络游戏玩起来比较耗费时间，且不能随时随地的玩。那么如果这时候拥有一款简单易携带，并且能够缓解压力的小游戏将是个不错的选择，所以，我就设计了这样一款简单易携带的经典小游戏——贪吃蛇。1.2 设计要求
①制作一个的贪吃蛇游戏，系统以单片机为控制器，用四个输入端表示四个控制键（上下左右）。②游戏初始化蛇的节数，以及障碍墙壁。③当蛇的头碰到障碍墙壁或蛇的身体时自动结束。2 总体方案
2.1 总体框图
图 2‑1总体框图
(资料图)
3 硬件设计
3.1 单片机最小系统3.1.1 单片机选型本设计选用STC89C52单片机作为系统的主控芯片，控制该贪吃蛇系统的整体运行。STC89C52单片机的优点为功耗低、八位CMOS微处理器性能高，片内具有8k在线编程Flash存储器，采用MCS-51内核，指令完全兼容MCS-51，具有开发简单、可在线编程下载、成本低等优点。[1]最小系统主要由STC89C52单片机、晶振电路、复位电路构成。电源采用锂电池供电，晶振电路为12M石英晶振，并联两个电容，可以起到频率微调作用。复位电路有上电自动复位和开关复位两种复位方式。3.1.2 单片机最小系统单片机最小系统原理图如图 3‑1所示:
图 3‑1单片机最小系统
[1] 时钟电路
图 3‑2单片机最小系统-时钟电路
单片机内部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。通常在引脚XTALI和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，系统时钟电路结构如图 3‑2所示，在本设计中时钟电路采用12M石英晶振作为基准时钟。[2] 复位电路
图 3‑3单片机最小系统-复位电路
复位电路用于重新启动系统，使得单片机回到原始状态。设置复位电路的目的是当系统失去控制或程序跑飞时，通过复位按钮恢复默认设置，系统重新启动运行。[2]复位电路由电容串联电阻构成，由图 3‑3并结合“电容电压不能突变”的性质，可以知道，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般教科书推荐C 取10u，R取8.2K。当然也有其他取法的，原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机器周期的高电平。式 3‑1电容充电时间计算公式在本设计中C取10u，R取10K。由式 3‑1计算得 =0.1s远大于两个机器周期（2us），故可以实现上电复位功能，另外还设置了一个按键作为复位按键，即按下后直接将单片机RST端接至5V复位单片机，当按键松开后再重复电容充电的过程恢复正常运行。3.2 点阵驱动电路
图 3‑5点阵LED内部原理图
点阵LED内部原理图如图 3‑5所示，外侧的就是点阵LED的引脚号，左侧的8个引脚是接的内部LED的阴极，上侧的8个引脚接的是内部LED的阳极。从图上可以看出来，我们的9脚如果是低电平，13脚是高电平的话，最左上角的那个LED小灯就会亮。控制一个8*8的点阵需要16个引脚，将四个点阵行与行分别连接，列与列分别连接，控制这个16*16点阵仍然需要32个引脚，占用了过多的单片机IO口，所以需要一定的驱动电路来控制点阵。具体驱动方式如下述所示。3.2.1 4-16线译码器（行驱动）
图 3‑6由两片74LS138构成的4~16线译码器
设计中采用74LS138译码器。译码器每一时刻的输出口会根据输入信号的译码来选择，同一时刻仅有一个端口输出与其他端口的输出不同，该电平信号就是设计所需的。只要在输入端给出连续的编码信号，输出端就会产生由低位端口到高位端口输出的电平信号。由于16×16点阵给出的行引脚为16根，而74LS138仅有8位输出引脚，所以要想实现译码选择行线的话一片，74LS138显然是不够的，因此该设计中采用两片74LS138译码器级联成4～16线译码器。那么怎样才能实现两片74LS138级联成为4～16线译码器呢?级联原理如图 3‑6所示，从图中可以看到，两片74LS138的输入端被相应地连在一起组成4～16译码器的低三位，关键是第四位的连接方式，从图中可以看出，当D3=0时，会使73LS138(1)对输入信号译码，而输出端也仅会在73LS138(1)的Y0到Y7之间进行选择。这与一片74LS138的译码关系一样，74LS138(2)则不参与译码，而全部输出默认电平，但从输入端看是输入了四位信号而产生了16位数据。再当D3=1时，73LS138(2)对输入的低三位信号译码，73LS138(2)被屏蔽，输出端全部输出高电平。这样，只要将4～16线译码器的输入端口接入单片机的IO端口上，16位输出端接在16×16点阵的行线接口上，即可完成点阵的行驱动。[3]
图 3‑7点阵行驱动电路
在本设计中，如图 3‑6所示通过单片机的P2.0、P2.1、P2.2和P2.3四个引脚作为4~16线译码器的输入，4~16线译码器的输出接至四个点阵的阴极。3.2.2 D锁存器（列驱动）74HC373是八路D型锁存器，每个锁存器具有独立的D型输入，以及适用于面向总线的应用的三态输出。| 锁存器的主要作用 | |
| [1] | 缓存 |
| [2] | 完成高速的控制其与慢速的外设的不同步问题 |
| [3] | 是解决驱动的问题（提供的电流比51IO口输出电流大） |
| [4] | 拓展I/O口（可以用锁存器幂叠加方法，即锁存器的Q再接锁存器实现IO口的无限拓展） |
表 3‑1锁存器的主要作用
在本设计中就是用到了锁存器的第三个功能，微控制器的IO口均不能流过过大的电流，LED点亮时有约10ms的电流，因此点阵阳极不要直接接单片机IO口，应先经过一个缓冲器74HC373。单片机IO口只需很小的电流控制74HC373即可间接的控制点阵阳极的显示，而74HC373输出也能负载约10mA的电流。设置数码管段的驱动电流为ID=15mA，这个电流点亮度好，并且有一定的裕度。图 3‑8点阵列驱动电路
在本设计中，如图 3‑7所示将锁存器串如单片机与点阵之间，将锁存器的OE接低电平、LE接高电平，以使锁存器的输出始终等于输入。从而实现扩大电流的作用。3.3 按键电路
4 软件设计
4.1 主函数
图 4‑1主函数流程图
单片机复位后，单片机运行main()函数，初始化定时器并点亮由两个LED构成的蛇身和一个食物，蛇开始默认向左运动。初始化完成后单片机循环执行点阵扫描函数（点阵显示扫描函数）与按键扫描函数（检测按键是否被按下）。点阵扫描函数：点阵的显示原理是在每一时刻仅显示一行数据，然后通过每行轮流显示，以很快的速度不断地刷新，也就产生了静态的显示效果。在本设计中，单片机P2.0-P2.3引脚控制4~16线译码器从而控制点阵的行，P0与P1控制点阵的列。当P2.0-P2.3分别是0、0、0、0时，选中的是点阵的第一行，其显示内容由P0与P1控制，IO口为高电平时点阵上对应LED点亮反之低电平则不亮，当P0与P1分别是0xff与0x00时，第一行的左八个LED点亮右八个熄灭。当P2.0-P2.3分别是0、0、0、1时，选中的是点阵的第二行，依次类推从而实现点阵每行的显示。控制P2.0-P2.3引脚以实现选中1-16行，并使其依次循环选中，并通过P0与P1发送数据从而实现点阵整片的显示。按键扫描函数：在本设计中按键使用的是单片机的P3.2-P3.5，单片机内部有将其上拉，所以在没按下按键时按键输入为高电平，按键另一端接地，当按下按键时输入则为低电平。所以循环扫描按键是否有变成低电平，当找输入到低电平，就使蛇向相应的方向改变。资料包括：
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