大學(xué)單片機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)-俄羅斯方塊

信息與電子工程學(xué)院題目：俄羅斯方塊班級(jí)：12應(yīng)用電子技術(shù)3班材料包括仿真圖、PCB、軟件、制作圖片等學(xué)習(xí)可留言時(shí)間：2014-6-2目錄一摘要1二設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求12.1內(nèi)容12.2要求1三硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明13.1STC89C52芯片1芯片簡(jiǎn)介13.1.2電路應(yīng)用23.1.3主要性能參數(shù)23.1.4功能概述23.1.5引腳功能23.274HC573芯片43.2.1芯片簡(jiǎn)介43.2.2電路應(yīng)用43.2.3主要性能參數(shù)43.2.4功能概述43.2.5引腳功能43.374HC154芯片63.3.1芯片簡(jiǎn)介63.3.2電路應(yīng)用63.3.3主要性能參數(shù)63.3.4功能概述63.3.5引腳功能6四工作原理8系統(tǒng)總體框圖8端口去向表8硬件工作原理9最小系統(tǒng)模塊工作原理94數(shù)碼顯示模塊9點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)模塊10按鍵控制模塊11軟件工作原理11五調(diào)試過(guò)程14六總結(jié)15附錄Ⅰ原理圖16附錄ⅡPCB圖17附錄Ⅲ實(shí)物圖18附錄ⅣBOM表20附錄Ⅴ儀器型號(hào)21參考文獻(xiàn)22一摘要在這個(gè)信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)已經(jīng)離不開(kāi)我們的生活，適當(dāng)?shù)挠螒蚩梢詭?lái)愉快的心情和健康，俄羅斯方塊這個(gè)小游戲已經(jīng)風(fēng)行全球，是一款老少皆宜的游戲。二設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求2.1內(nèi)容我組俄羅斯方塊共使用了STC89C52、74HC154和74HC573，三個(gè)芯片的共同使用，加上兩個(gè)8*8的點(diǎn)陣屏來(lái)完成硬件的操作。其中共使用6個(gè)按鍵進(jìn)行功能的操作，每個(gè)按鍵的功能依程序而定分別有：復(fù)位、向上、向下、向左、向右和暫停/開(kāi)始。2.2要求了解集成芯片的作用STC89C52、74HC154和74HC573及引腳功能;掌握電路的接線方式，記下每個(gè)按鍵的功能。了解單片機(jī)程序，及實(shí)現(xiàn)的功能。掌握電路的根本工作原理，完成各項(xiàng)功能的操作。調(diào)試電路，修改并且更正錯(cuò)誤。完成課程設(shè)計(jì)的辯論。三硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明3.1STC89C52芯片芯片簡(jiǎn)介STC89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔RAM〕，器件采用STC公司的高密度。電路應(yīng)用STC89C52應(yīng)用于單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)程序的燒寫(xiě)和實(shí)現(xiàn)單片機(jī)程序功能的核心局部操作，是電路中最重要的局部。主要性能參數(shù)共有11個(gè)，分別是：“與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容、8k字節(jié)可重擦寫(xiě)Flash閃速存儲(chǔ)器、1000次擦寫(xiě)周期、全靜態(tài)操作：0Hz－24MHz、三級(jí)加密存程序儲(chǔ)器、256*8字節(jié)內(nèi)部RAM、32個(gè)可編程I/O口線、3個(gè)16位計(jì)數(shù)/計(jì)時(shí)器、8個(gè)中斷源、可編程UART通道、低功耗空閑和掉電模式。〞3.1.4功能概述STC89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I／O口線，3個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，STC89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作,但允許RAM,定時(shí)/計(jì)數(shù)器,串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容,但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。3.1.5引腳功能STC89C52的管腳號(hào)不同具有不同的功能，表1為STC89C52的P3端口。表SEQ表格\*ARABIC1引腳號(hào)第二功能RXD〔串行輸入〕TXD〔穿行輸出〕INT0〔外部中斷0〕INT1〔外部中斷1〕T0〔定時(shí)器0外部輸入〕T1〔定時(shí)器1外部輸入〕WR〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通〕RD〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選通〕STC89C52是一只40個(gè)引腳的集成芯片，芯片的管腳圖如圖1所示：圖1STC89C52管腳圖40：電源，20：接地，9：復(fù)位，18、19：晶振。P0口:P0口是一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口,每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0口端口寫(xiě)“1〞時(shí)，引腳作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位是雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)〔吸收或輸出電流〕4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1口寫(xiě)“1〞時(shí)，內(nèi)部上拉電阻的原因，將輸出電流I。P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2口寫(xiě)“1〞時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流I。P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)〔吸收或輸出電流〕4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3口寫(xiě)“1〞時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入端口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流ILL。P3口除了作為一般、的I/O口線外，更重要的是它的第二功能。3.274HC573芯片3.2.1芯片簡(jiǎn)介74HC573包含八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，[span]是一種高性能硅門CMOS[span]器件。3.2.2電路應(yīng)用我組俄羅斯方塊電路組成共使用了三個(gè)74HC573，接在STC89C52芯片的P0和P3端口，接在P0端口的兩個(gè)74HC573分別控制這數(shù)碼管的段選和位選，另一個(gè)使用P3端口的74HC573控制著點(diǎn)陣屏的行掃描。3.2.3主要性能參數(shù)高性能硅門CMOS器件，SL74HC573跟LS/AL573的管腳一樣，器件的輸入是和標(biāo)準(zhǔn)CMOS輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和LS/ALSTTL輸出兼容。當(dāng)鎖存使能端為高時(shí)，這些器件的鎖存對(duì)于數(shù)據(jù)是透明的〔也就是說(shuō)輸出同步〕。當(dāng)鎖存使能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存。操作電壓范圍：2.0V~6.0V、低輸入電流：1.0uA、CMOS器件的高噪聲抵抗特性、三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)輸出、置數(shù)全并行存取。3.2.4功能概述74HC573的八個(gè)鎖存器都是透明的D型鎖存器，當(dāng)使能〔G〕為高時(shí)，Q輸出。將隨數(shù)據(jù)〔D〕輸入而變。當(dāng)使能為低時(shí)，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時(shí)，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動(dòng)大電容或低阻抗負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動(dòng)總線，而不需要外接口。特別適用于緩沖存放器，I/O通道，雙向總線驅(qū)動(dòng)器和工作存放器。3.2.5引腳功能74HC573的管腳號(hào)不同具有不同的功能，表2為74HC573的功能表。根據(jù)下表能清楚的看出每個(gè)管腳的功能和作用。表2PINNo引腳號(hào)SYMBOL符號(hào)NAMEANDFUNCTION名稱及功能12,3,4,5,6,7,8,912,13,14,15,16,17,18,19111020OED0toD7Q0toQ7LEGNDVCC3StateoutputEnableInput(ActiveLOW)3態(tài)輸出使能輸入〔低電平〕DataInputs數(shù)據(jù)輸入3StateLatchOutputs3態(tài)鎖存輸出LatchEnableInput鎖存使能輸入Ground接地(0V)PositiveSupplyVoltage電源電壓74HC573是一個(gè)鎖存器，該芯片的管腳圖如圖2所示：圖274HC573管腳圖3.374HC154芯片3.3.1芯片簡(jiǎn)介74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引腳兼容低功耗肖特基TTL〔LSTTL〕系列。3.3.2電路應(yīng)用我組俄羅斯方塊電路共使用一個(gè)74HC154芯片，接在STC89C52芯片的P1端口。該芯片控制著電路的點(diǎn)陣的列掃描。3.3.3主要性能參數(shù)16線多路分配功能，4位二進(jìn)制碼輸入譯碼至16個(gè)互斥輸出，兼容JEDEC標(biāo)準(zhǔn)no.7A，溫度范圍o-40～+85℃o-40～+125℃，ESD保護(hù)：HBM有EIA/JESD22-A114D超過(guò)2000V，EIA/JESD22-A115-A超過(guò)200V。3.3.4功能概述74HC154譯碼器可接受4位高有效二進(jìn)制地址輸入，并提供16個(gè)互斥的低有效輸出。74HC154的兩個(gè)輸入使能門電路可用于譯碼器選通，以消除輸出端上的通常譯碼“假信號(hào)〞，也可用于譯碼器擴(kuò)展。該使能門電路包含兩個(gè)“邏輯與〞輸入，必須置為低以便使能輸出端。任選一個(gè)使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，74HC154可充當(dāng)一個(gè)1-16的多路分配器。當(dāng)其余的使能輸入端置低時(shí)，地址輸出將會(huì)跟隨應(yīng)用的狀態(tài)。3.3.5引腳功能俄羅斯方塊電路的設(shè)計(jì)，使用了一只74HC154集成芯片，利用74H154集成芯片進(jìn)行譯碼，控制點(diǎn)陣屏的行掃描。74HC154集成芯片共有24個(gè)引腳，每個(gè)管腳都有特定的功能，如：12為GND，24腳為VCC。74HC154集成芯片引腳功能如表3所示：表3引腳端NoSYMBOL符號(hào)NAMEANDFUNCTION名稱及功能1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,13,14,15,16,1718,1923,22,21,201224Y0toY15G1,G2AtoDGNDVCCOutputs輸出(ActiveLOW)低電平EnableInputs(ActiveLOW)使能輸入(低電平)AddressInputs地址輸入Ground接地(0V)PositiveSupplyVoltage電源電壓74HC154集成芯片的管腳圖和管腳的序號(hào)如圖3所示：圖374HC573引腳圖四工作原理俄羅斯方塊電路系統(tǒng)工作的總體框圖，如圖4所示：圖4俄羅斯方塊系統(tǒng)框圖 根據(jù)電路設(shè),STC89C52芯片的端口去向，如表4所示：表4端口端口去向功能輸出2個(gè)并聯(lián)U3(74HC573),U4(74HC573)芯片輸出給U6(74HC154)輸給按鍵，P2.5~P2.7輸給U3(74HC573),U4(74HC573),U6(74HC154)的控制端輸出給U5(74HC573)提供數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)U6譯碼輸出給電子屏行掃描執(zhí)行按鍵相關(guān)功能，控制U3,U4,U6芯片的使能端經(jīng)過(guò)U5的鎖存，輸出點(diǎn)陣屏的列數(shù)據(jù)4.3硬件工作原理.1最小系統(tǒng)模塊工作原理最小系統(tǒng)的輸入工作電壓為5V，接入40腳，GND為接地端；18，19腳接12M晶振，使工作時(shí)間為1us，9腳為復(fù)位端，按鍵K1為復(fù)位按鍵，10，11腳為程序燒寫(xiě)端口，程序進(jìn)入STC89C52芯片，芯片根據(jù)程序的內(nèi)容進(jìn)行工作，可以說(shuō)最小系統(tǒng)既是接收端，更可以說(shuō)是分配工作跟實(shí)現(xiàn)工作的電路，它將程序按端口輸出可以讓P0、P1、P3端口進(jìn)行不一樣的操作，該圖P0接74HC573，輸給74HC573鎖存器工作信號(hào)，P1接74HC154，輸給74HC154譯碼器工作信號(hào)，P3接74HC573，輸給74HC573鎖存器工作信號(hào)，是電路的“心臟〞。俄羅斯方塊最小系統(tǒng)圖如圖5所示：圖5俄羅斯方塊最小系統(tǒng)圖.2數(shù)碼顯示模塊74HC573包含八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，[span]是一種高性能硅門CMOS[span]器件。20腳為電源端，10腳接地。該芯片為D型鎖存器，當(dāng)鎖存使能端LE為高時(shí)，這些器件的鎖存對(duì)于數(shù)據(jù)是同步的，當(dāng)鎖存使能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存。D0到D7為接收數(shù)據(jù)端口，數(shù)據(jù)來(lái)源于最小系統(tǒng)，通過(guò)鎖存器后，Q0到Q7進(jìn)行對(duì)LED4位8端數(shù)碼管進(jìn)行控制，數(shù)碼管的作用是顯示游戲的分?jǐn)?shù)，程序設(shè)計(jì)為消除單個(gè)加一分，而一次性消除兩條或兩條以上為加倍數(shù)分。在游戲的過(guò)程中還可以陶冶身心，有助于消除疲勞。俄羅斯方塊數(shù)碼顯示如圖6所示：圖6數(shù)碼顯示圖.3點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)模塊74HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引腳兼容低功耗肖特基TTL〔LSTTL〕系列。154譯碼器有譯碼功能，24腳為電源端，12腳接地。74HC154芯片的20到23端分別接最小系統(tǒng)的P1.0到P1.3，取吸收信號(hào)端，經(jīng)過(guò)譯碼在其他端口進(jìn)行信號(hào)輸出，控制點(diǎn)陣屏的行掃描進(jìn)行工作，而74HC573即是控制著點(diǎn)陣屏的列掃描而進(jìn)行列的工作。俄羅斯方塊點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)圖如圖7所示：圖7點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)圖.4按鍵控制模塊此次電路共使用六個(gè)按鍵，按鍵功能分別是，向上，向下，向左向右的形態(tài)變化，還有開(kāi)始按鍵和復(fù)位按鍵，電路板的硬件控制端能使電路到達(dá)實(shí)現(xiàn)的功能。俄羅斯方塊按鍵控制圖如圖8所示：圖8按鍵控制圖4.4軟件工作原理此次俄羅斯方塊電路的程序工作流程圖，如圖9所示：圖9程序工作流程圖voidmain(){ charj; startimage(); dataset(); 進(jìn)入開(kāi)機(jī)，函數(shù)內(nèi)有鍵盤掃描，只有按下“開(kāi)始〞鍵會(huì)退出函數(shù)，否那么不退出,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化 while(1) { k=speed; while(k--){keyscan(); shapedisplay(); }接通電源，程序進(jìn)入大循環(huán),點(diǎn)陣屏顯示流水燈把戲，數(shù)碼管處于關(guān)閉狀態(tài)。同時(shí)掃描按鍵，當(dāng)開(kāi)始鍵按下后根據(jù)單片機(jī)隨機(jī)產(chǎn)生出俄羅斯方塊并在點(diǎn)陣屏上顯示，數(shù)碼管計(jì)分器開(kāi)始顯示.y++; if(check(shapenum,left)) { if(y==1) {overimage(); startimage(); dataset(); }圖形下落一格,在沒(méi)有顯示之前判斷將要下落的位置是否有障礙物，如果有障礙就進(jìn)入到if語(yǔ)句中,如果y=1；說(shuō)明方塊剛出現(xiàn)就遇到障礙物了，這時(shí)游戲需結(jié)束。進(jìn)入游戲結(jié)束畫(huà)面，此函數(shù)內(nèi)沒(méi)有鍵盤掃描，運(yùn)行一段時(shí)間會(huì)自動(dòng)退出，重新進(jìn)入開(kāi)機(jī)畫(huà)面，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，將前一用戶清零。else {y--; for(j=0;j<4;j++) {staticdata[y+j]+=move(allshape[shapenum][j],left);}遇到障礙物，但還不至于圖形不能出現(xiàn)，y回到原值，將下落形狀的值賦給固定圖形，形成停留顯示的效果。 mark+=rate[shapedisappear()]; y=0;left=0; randnum=rand()%19;shapenum=randnum;systemspeed=initialspeed-10*(mark/40);speed=systemspeed; }}}}}消掉已拼滿的點(diǎn)陣行，并記錄所得分?jǐn)?shù)，為下一個(gè)方塊賦屬性值：從第一行出現(xiàn)，然后為下一個(gè)方塊賦屬性值：居中顯示，給定形狀計(jì)算相應(yīng)分?jǐn)?shù)下的系統(tǒng)速度值，分?jǐn)?shù)越高，速度越快，并將值賦給速度控制函數(shù)。五調(diào)試過(guò)程先看芯片與其他元件是否焊接正確。使用萬(wàn)用表短路端，測(cè)量電路各模塊是否有短路并測(cè)量是否有存在虛焊或者少焊。燒寫(xiě)程序時(shí)，查看下載端口是否正確。接上電源，測(cè)試電路板的功能，因?yàn)槿鄙僦甘緹簦?，第一次接電源無(wú)法識(shí)別哪個(gè)模塊出錯(cuò)。檢查電路，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電路短接或虛焊，各模塊的電路也能實(shí)現(xiàn)，最后發(fā)現(xiàn)點(diǎn)陣屏的封裝畫(huà)錯(cuò)，重新焊接點(diǎn)陣屏端口。修改完點(diǎn)陣屏端口后，在接上電源，電路能通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)功能。測(cè)試程序及電路的硬件功能，接上電源，首先試著連玩三次俄羅斯方塊，發(fā)現(xiàn)每次的方塊圖形都有變化。其次玩一次后，關(guān)斷電源，再次開(kāi)啟重新玩，發(fā)現(xiàn)與上次玩時(shí)方塊相同，與程序編寫(xiě)一樣，電路硬件也沒(méi)問(wèn)題。六總結(jié)本次電路的制作，我組成員分工合作，各有所得。在畫(huà)圖上，熟悉了各個(gè)元器件的封裝即管腳的排序，熟悉了Protel99se的各個(gè)工具欄的功能；在畫(huà)PCB時(shí)，對(duì)于布板更加有規(guī)那么和合理，雖然，在布點(diǎn)陣屏?xí)r出現(xiàn)了跳線，但我相信，我們一直在進(jìn)步。在制作過(guò)程中，打印機(jī)壞了，導(dǎo)致整體進(jìn)度緩慢了半天，不過(guò)，我們向別人借了打印機(jī)，并認(rèn)真的制作電路板，從打印到熱轉(zhuǎn)印機(jī)，在到腐蝕電路板和鉆孔，到最后的焊接，我們用了將近8個(gè)小時(shí)完成了每一道工序，雖然制作過(guò)程有點(diǎn)長(zhǎng)，但是，我們學(xué)到的東西也因此更加的豐富。程序的燒寫(xiě)及調(diào)試，燒寫(xiě)程序時(shí)，電路板的芯片管腳都有對(duì)應(yīng)程序的管腳安排，所以，順利燒寫(xiě)并應(yīng)用了。從中出現(xiàn)了點(diǎn)陣屏管腳在畫(huà)封裝時(shí)出錯(cuò)，所以出新連接點(diǎn)陣屏的管腳，讓我們知道，在做每一道工序都不能馬虎。做了此次的俄羅斯方塊電路板，我們掌握了集成芯片STC89C52、74HC573、74HC154這三個(gè)芯片的管腳排序及管腳功能，也掌握了每個(gè)元器件的封裝和PCB的布板，熟悉的應(yīng)用了程序的燒寫(xiě)和電路板的調(diào)試，更懂得了小組成員的合作的重要性。附錄Ⅰ原理圖附錄Ⅱ