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基于51单片机的乒乓游戏机设计附Proteus仿真_毕业设计

乒乓游戏机的出现解决了人类的很大难题。因为该产品不受运动设施、空间、场地、环境等因素的影响,在家即可进行操作。操作的同时,让操作者仿佛在真正的打乒乓球。而且该设计属于一种益智类设计,让人既可以锻炼身体,也可以锻炼智力。
1.2 国内外研究现状
第二次世界大战以后,电子计算机技术得到了突飞猛进的发展。电子计算机一代一代的更新的同时,软件设计也迅速发展。于是,1971年,世界上第一台电子游戏机出现了。随着电子技术的迅猛发展,电子游戏机进入了次世代,主要有三大游戏机厂商。分别为:SONY、微软和任天堂。
显示电路设计:设计中采用LCD显示屏显示结果,左右两边分别用A、B表示。
2.1.2 软件设计
主程序:对乒乓游戏机进行初始化,定时器设置,对LED点阵输入数据等,延时扫描按键。
按键程序:在回球和发球时,按键按下给单片机传入数据作出相应处理。包括暂停/开始子程序,对系统进行暂停和开始。
发球程序:绿色指示灯亮起时,B得到发球球权,否则A得到发球球权。
在中国,到处可见打乒乓球的人,以学生居多。因为,随着人们现代化节奏的加快,工作压力的增大,传统打乒乓球的方式受到运动设施、场地、环境的因素的影响,让人们对乒乓球运动减少了很多兴趣。随着科学技术的发展,人类进入信息化社会,信息社会的发展离不开电子产品的进步。现代电子产品发展的越来越快,于是人们将乒乓球与电子产品结合在一起,形成了乒乓游戏机。通过使用按键模拟球拍,发光二极管模拟乒乓球,进行乒乓球游戏的操作。
乒乓游戏机不仅可以实现人们对乒乓球的热爱,又可以让人们在玩耍的同时进行身体锻炼和智力提高,具有明朗的前景。
1.3 本设计的任务和设计方法
1.3.1 设计任务
如今各种不同类型的游戏设备一直是消费领域的热点,本设计要求用低廉的成本设计出符合要求的游戏设备,要求操作方便,系统稳定度高。设计任务为:
(1)使用乒乓游戏机的甲乙双方各在不同的位置发球或击球。
按键电路设计:包含两个按键组,一个是模拟球拍按键电路,一个是暂停/开始
和复位按键电路。模拟球拍按键分为左右两边,左右各四个。这四个按键其中三个是对LED点阵线路的操作,一个是进行加速;暂停/开始和复位按键是在运行任一程序时,对游戏机进行暂停或开始或复位。
模拟球台设计:包括译码电路设计和发光二极管设计。译码电路设计:本设计中采用16个发光二极管,而单片机的端口较少,因此采用3-8译码器节约端口。发光二极管设计:由单片机控制74LS138译码器,74LS138译码器译码控制LED点阵得点亮顺序和相应点亮时间。
目前,有两种方案来设计乒乓游戏机设计。方案一是基于单片机的乒乓游戏机设计。方案二是基于FPGA的乒乓游戏机设计。
2.1 基于单片机的乒乓游戏机设计
方案一是基于单片机的乒乓游戏机设计,结果用LCD1602显示屏显示。软件方面,使用Keil uVision4进行编程。硬件设计包含单片机电路、模拟球台电路、按键电路、显示电路等电路的设计。软件设计包括:主程序、按键组程序(球拍模拟和暂停/开始子程序)、发球程序、线路程序(包括线路选择和LED点阵子程序)、回球程序、LCD显示程序。基于单片机的乒乓游戏机系统框图如图2.1所示。
显示程序:显示游戏比分,当A或B到达11分时进入相应win子程序。
2.2 基于FPGA的乒乓游戏机设计
方案二是基于FPGA的乒乓游戏机设计。因为学校具备专门的实验箱,如果采用方案二只需编程便可实现。通过对各部分编写VHDL程序,然后进行编译、仿真、逻辑综合、逻辑适配,最后进行编程下载,并通过程序验证结果。用16个发光二极管代表乒乓球,在游戏机的两侧各设置两个开关,一个是发球开关,一个是击球开关。甲方按动发球开关时,靠近甲方的第一盏灯亮,然后发光二极管由甲向乙依次点亮,代表乒乓球在移动。当球过网后,按设计者规定的球位乙方就可以击球。若乙方提前击球或没有击到球,则判乙方失分,甲方自动加分,重新发球比赛继续进行到一方记分到11分,该局结束,记分牌清零,可以开始新的一局比赛。其系统框图如2.2所示。
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1.1 本设计的研究背景和研究目的
乒乓球,中华人民共和国国球,是一种世界流行的球类体育项目。它的英语官方名称是“table tennis”,即“网上桌球”。乒乓球的名字起源于1990年。乒乓球的比赛赛制是以11分为一局,采用五局三胜(团体)或七局四胜制(单项)。比赛分团体、单项(男单、女单、男双、女双、混双)。
线路程序:游戏发球有8个线路选择,AB分别4个线路选择,共有16个回球线路,存在数组b[16]中,包括LED点阵子程序,由单片机线路和delay_1(t)控制74LS138译码器,74LS138译码器译码控制LED点阵得点亮顺序和相应点亮时间。
回球程序:当球在A边时,A可在相应delay_1(t)中感应A按键组的数据并作出相应处理;当球在B边时,同理。
(2)乒乓球的位置和移动方向由灯亮及依次点燃的方向决定,球移动的速度为0.1~1s移动一位。游戏者根据球的位置发出相应的动作,提前击球或出界均判失分。
(3)比赛用11分为一局来进行,甲乙双方都应设置各自的记分牌,任何一方先记满11分,该方就算胜了此局。当记分牌清零后,又可开始新的一局比赛。
1.3.2 设计方法
如今,大部分益智类游戏机属于电子游戏机,乒乓游戏机就属于电子游戏机。随着电子技术的突破,电子游戏机开始朝着“便携式”和“家庭化”方向发展,彩色电视的普及使大型游戏机的显像管和扫描版部分完全可以被彩色电视取代,使得微处理机部分与现实屏幕实现了分离。现在制成的游戏机只相当于一个信号发生器。如今乒乓游戏机已出现3D类,体感类等等类型。
本设计是基于单片机的乒乓游戏机设计,分别进行了硬件和软件两部分的设计。硬件设计包括单片机电路、译码电路、发光二极管电路、按键电路、显示电路等电路的设计。软件设计是使用Keil uVision4软件编写与硬件模块相应的源程序。利用Proteus软件对电路进行仿真,最后通过制作实物实现设计。
2 乒乓游戏机设计方案
图2.1 基于单片机的乒乓游戏机的系统框图
2.1.1 硬件设计
电源电路设计:单片机正常工作电压为+5V,设计采用三端稳压集成电路输出+5V电压。
时钟电路设计:单片机可以看成是在时钟驱动下的时序逻辑电路,即单片机必须在时钟的驱动下才能工作。因此,单片பைடு நூலகம்需要时钟电路支持,否则不能执行程序。
复位电路设计:单片机的复位电路使系统的所有功能部件都处于一个确定的初始状态,防止单片机执行错误操作、发出错误的指令等失误。单片机的复位方式有:手动按钮复位和上电复位。本设计采用手动按钮复位方式进行复位。
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