stc-b单片机项目《基于485通信的双人井字棋对战》

计算机系统设计与创新基础训练创新设计《基于485通信的双人井字棋对战》

这是《计算机系统设计与创新基础训练创新设计》课程设计，实现的是一个《基于485通信的双人井字棋对战》小游戏，你需要两根杜邦线和两块STCb学习板。今天花了十分钟写了这篇博客用于<开源>，时间比较仓促，希望程序能够带给读者快乐，而不是压在我电脑里尘封数年直至消失。

• 展示：Bilibili链接地址
• 代码链接奉上：Tic-tac-toe games代码地址
• gitHub也可以看看：Tic-tac-toe games GitHub地址
• 如果您觉得我的程序不错，可以留下一个赞
  

一.设计概述：

1.设计目的

为了进一步熟悉单片机开发，学习单片机项目的流程与设计方法，培养自己的动手能力和创新能力，利用现有的STC-B学习板设备，融合结合数码管滚动显示，流水灯功能，电子音乐功能，导航键功能和蜂鸣器功能，485通信功能，将3x3的棋盘滚动地显示在一行地数码管上，实现井字棋单机小游戏和双人对战功能。

2.功能概述：

• ①数码管布局：

在数码管中央棋盘的一行，第一颗数码管显示行号，第二颗和第8颗数码管显示对战双方A或B，3和7颗数码管显示棋盘左右边界，456三颗数码管显示3x3棋盘。通过导航键可以上下滚动查看井字棋任意行，上下左右移动闪烁光标确定位置，按下则落子下棋。

• ②游戏开始：

游戏开始前，播放《超级玛丽》开机音乐， 数码管滚动显示字母《PLAY CHESS》表示游戏名称，K2可以选择玩家A或B，按下K1游戏开始，进入游戏棋盘界面。

• ③游戏中：

通过控制导航键上下滚动选择数码管的任意一行，行号显示在第一个数码管上，操作的玩家信息将会用小数点标注；左右控制光标位置，光标闪烁，显示被选中的位置，按下导航键落子下棋；操作过程配有按键提示音效，并且A，B双方玩家的按键提示音不同，加以区分。

• ④游戏结束：

当棋盘存在三点一线或者平局将会触发游戏结束，数码管闪烁，显示赢家信息，胜利一方播放胜利的音乐，表示游戏胜利，失败一方播放失败的音乐，表示游戏失败。游戏全程按下K2键将会触发得分显示，将双方的得分显示在数码管上。

• ⑤双人对战功能：

用杜邦线连接两块板子，双方可以用A，B两个符号在棋盘上下棋，两人通过485通信进行数据交互，实现实时双人对战。下棋过程中除查看比分外，所有的操作动作都会被传输到对手，实时更新棋盘。游戏采取三局两胜利制，当三局游戏结束，会自动关闭游戏循环，显示滚动字样《PLAY CHESS》

二.模块实现：

1.数码管布局和动态扫描：

• （1）整体布局

好的布局往往给编码带来方便，我将8颗数码管布局从左到右编码为0，4，6，1，2，3，7，5 ，这样有两个好处：
①棋盘Bord的的数组下标为1，2，3，这样在以后的处理中会更加便捷
②位选数组可以方便的设置编码顺序，比如说uchar dig[]={0,4,6,1,2,3,7,5};数码管位选，实现上没有难度，给代码编写带来方便


因此根据这种编码方式，可以得到右上图的映射方法，从而设计：
数码管位选数组：

uchar code dig[]={
    
    0,3,4,5,1,7,2,6};                        //数码管位选

棋盘数组：

uchar Board[4][8]={
    
                                     //棋盘
		{
    
    0,0,0,0,0x0a,0xb,0x13,0x14},
		{
    
    1,0,0,0,0x0a,0xb,0x13,0x14},
		{
    
    2,0,0,0,0x0a,0xb,0x12,0x12},
		{
    
    3,0,0,0,0x0a,0xb,0x10,0x11}};

比分板

uchar scoreBoard[8]={
    
    0,0,0x12,0xa,0xb,0x12,0,0};              //比分板

• （2）动态扫描显示棋盘/比分板/滚动字样

数码管显示功能易于实现，主要是设置动态扫描，扫描的同时选定位选和段选信号即可，所以说，实现的时候重点在于如何切换显示内容，也就是段选信号输入？我在前面已经设计了三个布局，分别是棋盘/比分板/滚动字样，他们存在三个数组中，当检测到控制信号有效的时候，按条件切换显示内容：

digIndex++;                         //数码管的数组下标
if(digIndex==8){
    
    
     digIndex=0;                    //下标归零
     count++;                                                  
}
if(sbtKey2 == 0 && (start||over||gameNum))  //开始或者结束的时候可以查看棋盘                                  
     displayScore();                //3局开始后，被按下，显示比分板  
else if((!start&&!over&&gameNum==0&&!isSelect)||(start&&over))  //未开始或者已经全局结束
     displayRoll(arrRoll);          //显示滚动字母             
else 
     displayChessBoard();           //显示棋盘

2.按键功能实现

（1）Key1游戏开始功能：

在T0定时器中监听Key1，当按键按下并且start=0并且已经选择了游戏玩家角色，则可以提前开始开始：

void T0_Process() interrupt 1                  //中断
{
    
    
     //检测按键Key1游戏开始
     if(sbtKey1==0 && (!start) && (!over))        //按键按下并且start=0并且已经选择了游戏玩家角色，则可以提前开始开始
     {
    
    
          tick4();
          if(sbtKey1==0){
    
    
              while( !sbtKey1 );
              start=1;                  //key1按下，游戏开始
              datas=0x01;               //设置Key1数据，记住，玩家信息在sendData中添加
              sendDatas();               //发送数据               
          }
     }
}

（2）Key2游戏角色选择功能：

游戏选择功能难点在于，如何根据控制信号来选择玩家，当游戏未开始，且游戏局数为0的时候，Key2将会选择玩家，这个时候才能去调用函数selectCharacter();选择玩家，此时将会更新棋盘第二行，显示所选择的玩家信息。如果选择信号设置错误了，那么将会导致棋盘错误更新，显示棋盘落子信息，而不是所选角色。

if( sbtKey2 == 0 && gameNum==0 && (!start) && (!over))    //当游戏未开始，且游戏局数为0的时候，Key2将会选择玩家
{
    
    
    Delay5ms();                                       		//延时消抖
    tick4();
    if( sbtKey2 == 0 )
    {
    
    
        while( !sbtKey2 );                                        //等待K1放开
        selectCharacter();
        isSelect=1;
        datas=0x02;                                                //发送key2
        sendDatas();                                           //直接发送数据
    }
}

（3）导航键控制方向和落子：

导航按键的功能是移动光标，控制上下左右，用于定位，当按下确定键的时候可以选中他的位置。导航键上下左右实现方法：

①只需要改变(x,y)的值就可以改变棋子坐标，随着数码管动态扫描就自动改变了
②当导航按键被按下的时候，获取此时的ADC值
③用一个case语句进行分支，对ADC值进行判断，从而可以判断处方向，从而改变<x,y>的值：

左：x--，右: x++，上：y--，下：y++

④注意要对x,y的范围进行限定，他们都因该在范围<1,2,3>，为了更加接近显示体验，我不设置滚动，相反，当x，y到达边界的时候，按下导航键试图越界将不被允许
⑤将整个导航检测函数放在中断中处理还是放到 while(1){} 循环内，核心功能如下：

switch( ucNavKeyPast )
{
    
    
   case 0x01:                      //右
   if(y!=3) y++;break;
   case 0x02:                      //下
​        if(x!=3) x++;break;
   case 0x03:                     //里
​     break;
   case 0x04:
​     if(y!=1) y--;break;          //左
   case 0x05:
​      if(x!=1) x--;break;
}

3.游戏开始和结束

（1）游戏开始：

游戏开始的程序需要完成播放结束音乐，等待玩家再次开始游戏，闪烁数码管和更新棋盘的功能。对于播放音乐，可以直接调用PlayMusic函数即可，对于等待游戏结束可以用while（1）循环直接判断start是否为1

/*---------游戏开始----------------*/
void gameStart(){
    
    
​     PlayMusic(190,arrMusicBM);                        //播放开机音乐
​     while(!start);                                  //等待游戏开始
​     Delay5ms();
​     tick3();
​     //闪烁数码管
​     //重新定时为45ms
​     TH0 = ( 65535 - 45000 ) / 256;                 //定时器0的高八位设置
​     TL0 = ( 65535 - 45000 ) % 256;                 //定时器0的低八位设置，这里总体就是设置定时器0的初始值是1ms
​     //重新定时为45ms
​     TH0 = ( 65535 - 1000 ) / 256;                  //定时器0的高八位设置
​     TL0 = ( 65535 - 1000 ) % 256;                  //定时器0的低八位设置，这里总体就是设置定时器0的初始值是1ms 
​     //更新棋盘
​     refreshChessBoard();
}

4.音乐播放

电子音乐通过蜂鸣器发声，根据音谱对音调和节拍进行编码，编码的时候

①音符的十位代表是低中高八度，1代表高八度，2代表中八度，3代表高八度

②个位代表简谱的音符，例如0x15代表低八度的S0，0x21代表中八度的DO。

③节拍则是代表音长，例如：0x10代表一拍，0x20代表两拍，0x08代表1/2拍

④音符的十位代表是低八度，中八度还是高八度，1代表低八度，2代表中八度，3代表高八度

⑤个位代表简谱的音符，例如0x15代表低八度的S0，0x21代表中八度的DO。

⑥节拍则是代表音长，例如：0x10代表一拍，0x20代表两拍，0x0代表1/2拍，根据音谱对电子音乐进行编码：

（1）超级玛丽结束音乐：

uchar code arrMusicFail[] ={
    
    
0x21,0x08,0x24,0x10,0x24,0x08,0x24,0x08,0x24,0x08,0x23,0x08,0x22,0x09,0x21,0x08,0x00,0x00
};

（2）超级玛丽BM音乐：

       0x23,0x04,0x23,0x08,0x23,0x08,0x21,0x04,0x23,0x08,0x25,0x10,0x15,0x10,

​       0x21,0x08,0xff,0x04,0x15,0x04,0xff,0x08,0x13,0x08,0xff,0x04,0x16,0x08,0x17,0x04,0xff,0x04,0x17,0x04,

​       0x16,0x08,0x15,0x06,0x23,0x05,0x25,0x05,0x26,0x08,0x24,0x04,0x25,0x04,0xff,0x04,0x23,0x08,0x21,0x04,

​       0x22,0x04,0x17,0x08,0xff,0x04,0x21,0x08,0xff,0x04,0x15,0x04,0xff,0x08,0x13,0x08,0xff,0x04,0x16,0x08,

​       0x17,0x04,0xff,0x04,0x17,0x04,0x16,0x08,0x15,0x06,0x23,0x05,0x25,0x05,0x26,0x08,0x24,0x04,0x25,0x04,

​       0xff,0x04,0x23,0x08,0x21,0x04,0x22,0x04,0x17,0x08,0xff,0x04,0xff,0x08,0x25,0x04,0x24,0x04,0x24,0x04,

​       0x23,0x08,0x23,0x04,0xff,0x04,0x15,0x04,0x16,0x04,0x21,0x04,0xff,0x04,0x16,0x04,0x21,0x04,0x22,0x04,

​       0xff,0x08,0x25,0x04,0x24,0x04,0x24,0x04,0x23,0x08,0x23,0x04,0xff,0x04,0x31,0x08,0x31,0x04,0x31,0x08,

​       0xff,0x08,0xff,0x08,0x25,0x04,0x24,0x04,0x24,0x04,0x23,0x08,0x23,0x04,0xff,0x04,0x15,0x04,0x16,0x04,

​       0x21,0x04,0xff,0x04,0x16,0x04,0x21,0x04,0x22,0x04,0xff,0x08,0x25,0x08,0xff,0x04,0x24,0x08,0xff,0x04,

​       0x23,0x08,0xff,0x08,0xff,0x10,0x00,0x00

（3）超级玛丽吃蘑菇音乐：

uchar code arrMusicSuccess[] ={
    
    
​     0x23,0x04,0x23,0x08,0x23,0x04,0xff,0x04,0x21,0x04,0x23,0x08,0x25,0x10,0x00,0x00
};

5.485 通信数据发送和接收

（1）传输信息表示：

这里为了减少数据传输的量，我将按键进行编码发送。data=<tag,K1,K2,右，下，确认，左，上>，一共8位，可以封装成一个uchar向量，从而大大减小发送量：

Tag	上	左	按下	下	右	Key2	Key1

• Tag：标识位，用来确定显示的来源机器，如果是来源于0x0a，则Tag=0，否则Tag=0
• 上下左右确认表示导航内容
• Key1，Key2分别表示按键Key1，Key2被按下

将按键进行编码带来了许多便利，但是也有一些问题，类似于网页Web技术中的ajax，可以局部刷新页面，但是我只传输1个8位的向量编码，而不是整个状态，一旦某个过程缺失将导致严重后果。

（2）角色身份选择：

传输一个数据，右移7位选出标识位tag，当这个tag与自身的myPlayer的最低为相同的时候，说明要进行互斥操作，因此，将myPlayer进行取反操作，因此，可以设置自己的角色与对方互斥

if(!((datas>>7)^(myPlayer&0x01))){
    
    
  if(start) return;      //如果交互数据来自自己，那么拒绝接收
  else{
    
    
	   myPlayer^=0x01;   //异或，保持玩家互斥
  }
}

（3）角色选择同步：

在一开始，我没有合理地设置角色同步，导致一方设置角色，另一方无法看到，这个时候体验感将会极差，所以我将代码进行了改进，设置Key2数据接收地时候，更新数码管数组，显示玩家选择信息：

同样地在一开始，我一直被游戏结束功能所困扰，在getData函数接收到数据的时候，我判断棋盘是否导致游戏结束，并且设置over标志位，根据start和over进行gameOver调用，但是这里出现了两个进程的冲突：

①接收函数调用getData

/*---------串口2中断处理程序，数据接收---------*/
void Uart2_Process( void ) interrupt 8 using 1
{
    
    
  if( S2CON & cstUart2Ri )                      //无校验&接收中断请求标志位
  {
    
    
    datas = S2BUF ;                                  //从串口中接收数据暂存
    S2CON &= ~cstUart2Ri;              //接收中断标志位清0
          getData();
  }
  if( S2CON & cstUart2Ti )                      //无校验&发送中断请求标志位
  {
    
    
    btSendBusy = 0 ;       //清除忙信号
    S2CON &= ~cstUart2Ti ;       //发送中断标志位清0
  }
}

②getData调用gameOver

void getData()
{
    
    
    gameOver();
}

③我们忽略了一个问题，就是串口会占用计时器T2，但是，gateData中gameOver会调用函数PlayMusic和设置T0的即使时间，在网上查找相关资料得到，串口和定时器2是不能同时工作的，所以说进程PlayMusic和getData冲突，导致程序出错。因此我想到的方法是在NavKey_Process中判断：

/*---------导航按键处理子函数--------*/
void NavKey_Process()
{
    
    
     ............
     if(over&&start){
    
                                    

          gameOver();
     }    
  Delay100ms();
}

④实现效果：

两块单片机在游戏结束的时候同时发出结束音乐

三.程序功能测试

（1）数码管显示功能：

在数码管中央棋盘的一行，第一颗数码管显示行号，第二颗和第8颗数码管显示对战双方A或B，3和7颗数码管显示棋盘左右边界，456三颗数码管显示3x3棋盘。通过导航键可以上下滚动查看井字棋任意行，上下左右移动闪烁光标确定位置，按下则落子下棋。

（2）玩家选择功能

当游戏开始的时候，按下Key2选择角色，被选择的角色被显示在了数码管中央，此是左侧的玩家信息保持和选择玩家一致，也就是说，左侧的玩家，是本地玩家的信息。按下Key1键确认选择，按下Key1键游戏开始。

（3）双人对战功能：

用杜邦线连接两块板子，双方可以用A，B两个符号在棋盘上下棋，两人通过485通信进行数据交互，实现实时双人对战。下棋过程中除查看比分外，所有的操作动作都会被传输到对手，实时更新棋盘。游戏采取三局两胜利制，当三局游戏结束，会自动关闭游戏循环，显示滚动字样《PLAY CHESS》

（4）数码管滚动显示功能：

在程序下载好之后，可以看到PLAY CHESS字样在数码管上平稳滚动显示，显示当前游戏名称。

（5）比分显示功能

程序下载好之后，点击K1游戏开始，按下KEY2可以看到显示当前比分信息。

四.程序设计总结：

这一次设计我进一步熟悉单片机开发，学习单片机项目的流程与设计方法，培养了自己的动手能力和创新能力，利用现有的STC-B学习班设备，融合结合数码管滚动显示，流水灯功能，电子音乐功能，导航键功能和蜂鸣器功能，485通信功能，将3x3的棋盘滚动地显示在一行地数码管上，实现了井字棋单机小游戏和双人对战功能。其中收获的新知识主要是：

（1）定时器组成

• MCS51系列的单片机通常有2个16位可编程定时/计数器，即定时器0和1。（T0/T1）
• MCS52系列还有一个定时/计数器2。可编程的意思是指其功能（如工作模式、定时时间、启动方式等）可由指令来确定和改变。通常都是赋值指令给相关的寄存器。
• 与定时/计数器相关的有两个特殊功能寄存器（模式控制寄存器TMOD和控制寄存器TCON）。
• 且定时器往往在中断中使用，以便当时间到了完成相应处理。
• MCS51单片机定时/计数器工作原理示意图如图
  

（2）定时器赋初始值计算：
如果需要需要定时为50MS，则计算方式如下
如果晶振是12MHZ：
则机器周期为12MHz除以12，就是1MHz，每秒1000000次机器周期，那么50ms就是50000次机器周期。
65536-50000=15536(3cb0)，TH0=0x3c，TL0=0xb0。1ms就是1000次机器周期。（65536-1000）/256是高位，（65536-1000）%256是低位。
TMOD寄存器的设置依据如图所示：

（3）中断工作原理

中断的概念： CPU在处理某一事件A时，发生了另一事件B请求CPU迅速去处理（中断发生）；CPU暂时中断当前的工作，转去处理事件B（中断响应和中断服务）待CPU将事件B处理完毕后，再回到原来事件A被中断的地方继续处理事件A（中断返回），这一过程称为中断。MCS51中断信息如表2所示。

MCS51单片机中断信息表

与中断相关的寄存器包括：

① 中断允许控制寄存器IE：

在用到中断时，必须要开总中断EA,即EA=1。

• EX0(EX1)：外部中断允许控制位。EX0=1开外部0号中断，EX0=0关闭外部0号中断。
• ET0(ET1)：定时中断允许控制位。ET0=1，开内部定时器0号中断；ET0=0关闭定时器中断0号开关.
• ES: 串口中断允许控制位。ES=1，开串口中断；ES=0 关闭串口中断。

② 中断优先控制寄存器IP

说明：

• PS：串行口中断优先级控制位。PS=1设定串行口为高优先级中断；PS=0为低优先级中断。
• PT1：T1中断优先级控制位。PT1=1设定定时器T1为高优先级中断；PT1=0为低优先级中断。
• 外部中断1优先级控制位。PX1=1设定定时器外部中断1为高优先级中断；PX1=0为低优先级中断
• PT0：T0中断优先级控制位。PT0=1设定定时器T0为高优先级中断；PT0=0为低优先级中断。
• PX0：外部中断0优先级控制位。PX0=1设定定时器外部中断0为高优先级中断；PX0=0为低优先级中断。

（3）传输信息表示创新：

这里为了减少数据传输的量，我将按键进行编码发送。data=<tag,K1,K2,右，下，确认，左，上>，一共8位，可以封装成一个uchar向量，从而大大减小发送量：

Tag	上	左	按下	下	右	Key2	Key1

• Tag：标识位，用来确定显示的来源机器，如果是来源于0x0a，则Tag=0，否则Tag=0
• 上下左右确认表示导航内容
• Key1，Key2分别表示按键Key1，Key2被按下

将按键进行编码带来了许多便利，但是也有一些问题，类似于网页Web技术中的ajax，可以局部刷新页面，但是我只传输1个8位的向量编码，而不是整个状态，一旦某个过程缺失将导致严重后果。

（4）设计感悟：

本次实验中我用到了融合结合数码管滚动显示，流水灯功能，电子音乐功能，导航键功能和蜂鸣器功能，485通信功能，将3x3的棋盘滚动地显示在一行地数码管上，整个游戏花费了一个星期，从一开始看不懂定时器，到完成作品，到帮别人debug都是一步步过来。体会了从陌生，到认识，到熟知，到应用的过程，最让我印象深刻的是学习过程中，利用现有资源，快速总结方法。我认为最有效的方法是看到什么不懂的，就立马总结起来写到Typora里面，不会的时候拿出来查阅，时间一久，就立马知道该从哪去找方法，去哪里找知识，很快就能熟练掌握。也很感谢我的舍友帮我解决了电子音乐的编码问题。超级马里奥的失败胜利音乐没有电子谱，所以只能通过人耳翻译，仔细听音符，音调和设置节拍，最后才整合得到了电子普，将其编码写入，通过蜂鸣器播放。我想，这门课的设计目的我应该达到了，熟悉了整套的单片机设计方法，知道一块芯片的生产，零件如何焊接，到编码应用，很感谢课程的教学老师。