基于51單片機的音樂游戲.doc

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一、課程設(shè)計內(nèi)容 利用89c52單片機設(shè)計一款音樂游戲。 游戲說明：游戲基于單片機開發(fā)箱實現(xiàn)。游戲開始時，會播放一首音樂，同時每隔一個音符，LED點陣中會從最上方下落一個小點。玩家需要根據(jù)音樂的節(jié)奏，在小點下降到LED點陣的底部時，按下對應(yīng)的按鍵。其中，矩陣鍵盤第一行從左到右的四個鍵分別對應(yīng)LED點陣的1、3、5、7列。根據(jù)每個按鍵按下的時間，會有不同的得分，通過LED模塊的D1-D5亮起來代表獲得1-5分。如果沒有LED燈亮則代表得0分。當整首歌播放完后，會在LED點陣上顯示整首歌的得分，得分為0-99分。 二、設(shè)計思路和方案選擇 在決定制作音樂游戲后，利用開發(fā)箱的哪幾個模塊來制作也是需要考慮的一個問題，最終我們決定利用現(xiàn)在的這個方案。其主要原因是LED點陣和蜂鳴器是游戲中的主體部分，因此無可替代。獨立鍵盤還是矩陣鍵盤的選擇上，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)獨立鍵盤由于離LED點陣較遠，在實際游戲中經(jīng)常會有反應(yīng)不過來的情況。而矩陣鍵盤就在點陣的正下方，因此在操作上較為方便，所以選擇了矩陣鍵盤。而游戲得分的顯示，最初是想利用數(shù)碼管來實現(xiàn)，后來發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管和LED點陣都用到了單片機的P0口。在LED點陣無法被取代的情況下，只能退而求其次，選擇用LED模塊顯示得分。 程序的具體設(shè)計思路如下： 1. 實現(xiàn)音樂的播放效果 2. 實現(xiàn)LED點陣的顯示下落效果 3. 實現(xiàn)音樂的節(jié)奏和LED點的下落同步 4. 實現(xiàn)按鍵得分功能 5. 實現(xiàn)顯示得分效果 三、硬件設(shè)計 本游戲的實現(xiàn)基于單片機開發(fā)試驗儀，其主要用到的硬件電路有 89C52CPU模塊，LED點陣模塊，74HC595模塊，LED模塊，矩陣鍵盤模塊和蜂鳴器模塊。 四、軟件框圖及設(shè)計 程序流程圖： 開始 LED與SOUND指針指向第一個音符 在頂部顯示音符對應(yīng)的LED燈 按鍵是否按下 計算并顯示上個音符的得分 顯示時間達到一個16分音符 LED燈下降一行 有LED燈下降到底部 發(fā)下一個音 SOUND指針指向下個音符 定時器1延時30ms LED燈顯示時間達到規(guī)定長度 LED指針指向下個音符 計算并顯示整首歌的得分 LED指針指向結(jié)束符號 結(jié)束 是 否 否 是 否 是 否 否 是 是 C語言程序： #include #include #define COMMONPORTS P0 //定義輸出端口 sbit BeepIO=P1^5; //定義輸出管腳 sbit SRCLK=P3^6; sbit RCLK1=P3^5; sbit SER=P3^4; sbit k1=P1^3; //定義按鍵 sbit k2=P1^2; sbit k3=P1^1; sbit k4=P1^0; sbit button=P1^7; unsigned char code music_tab[]={ 33,16,4,33,8,2,34,8,2,39,16,4,26,8,2,29,8,2,33,8,2,33,8,2,33,8,2,34,8,2, 39,16,4,29,8,2,33,8,2,34,16,4,34,8,2,33,8,2,26,16,4,34,8,2,33,8,2,34,16,4, 11,8,2,26,8,2,29,16,4,26,8,2,29,8,2,33,16,4,33,8,2,34,8,2,39,16,4,44,8,2, 49,8,2,104,8,2,104,8,2,33,8,2,34,8,2,39,16,4,29,8,2,33,8,2,34,8,2,33,8,2, 34,8,2,104,8,2,104,16,4,29,8,2,33,8,2,34,8,2,33,8,2,34,8,2,117,8,2, 117,16,4,104,8,2,49,8,2,104,26,4,117,8,2,132,8,2,117,8,2,104,8,2,49,8,2, 104,26,4,104,8,2,49,8,2,39,8,2,39,8,2,26,8,2,44,26,4,44,8,2,39,8,2,26,8,2, 26,8,2,33,8,2,29,26,4,33,4,1,34,4,1,34,8,2,39,8,2,104,8,2,49,8,2,104,26,4, 117,8,2,132,8,2,117,8,2,104,8,2,49,8,2,104,26,4,104,8,2,49,8,2,39,8,2, 39,8,2,26,8,2,44,26,4,44,8,2,39,8,2,39,8,2,104,8,2,49,8,2,104,76,4,44,8,2, 44,8,2,44,8,2,49,8,2,49,8,2,44,8,2,39,8,2,39,16,4,33,8,2,26,5,5,26,8,2, 29,8,2,33,8,2,34,8,2,33,4,1,34,5,0,34,8,2,33,4,1,34,5,0,34,26,4,33,8,2, 34,8,2,33,8,2,34,8,2,117,8,2,117,16,4,104,8,2,49,8,2,104,26,4,117,8,2, 132,8,2,117,8,2,104,8,2,49,8,2,104,26,4,104,4,1,49,5,0,49,8,2,39,8,2, 39,8,2,26,8,2,44,26,4,44,8,2,39,8,2,26,8,2,26,8,2,33,8,2,29,26,4,33,4,1, 34,4,1,34,8,2,39,8,2,104,8,2,49,8,2,104,26,4,117,8,2,132,8,2,117,8,2, 104,8,2,49,8,2,104,26,4,104,8,2,49,8,2,39,8,2,39,8,2,26,8,2,44,26,4, 44,8,2,39,8,2,39,8,2,104,8,2,49,8,2,104,76,4,34,16,4,34,8,2,44,8,2, 39,10,0,26,8,2,26,16,4,34,26,4,29,16,4,33,16,4,26,76,4,0,0,0 }; //歌曲格式為{音調(diào)，發(fā)音長度，不發(fā)音長度，...，0,0,0} unsigned char code P0TAB[8] = {0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe}; //分別為選中點陣1-8列 unsigned char code DIG_CODE[10][4]= { {0xf8,0x88,0xf8,0x00}, //0 {0x00,0x00,0xf8,0x00}, //1 {0xb8,0xa8,0xe8,0x00}, //2 {0xa8,0xa8,0xf8,0x00}, //3 {0xe0,0x20,0xf8,0x00}, //4 {0xe8,0xa8,0xb8,0x00}, //5 {0xf8,0xa8,0xb8,0x00}, //6 {0x80,0x80,0xf8,0x00}, //7 {0xf8,0xa8,0xf8,0x00}, //8 {0xe8,0xa8,0xf8,0x00}, //9 }; unsigned int Sound_Temp_TH0,Sound_Temp_TL0; //音符定時器初值暫存 unsigned int Sound_Temp_TH1,Sound_Temp_TL1; //音長定時器初值暫存 void InitialSound(void); void Hc595SendByte(unsigned char dat); void Delay(unsigned int n); void Play(unsigned char *Sound); void ShowScore(unsigned int sum); unsigned int sum; void InitialSound(void) { button = 0; BeepIO = 0; TMOD |= 0x11; Sound_Temp_TH1 = (65535-30000)/256; //計算TL1應(yīng)裝入的初值 Sound_Temp_TL1 = (65535-30000)%256; //計算TH1應(yīng)裝入的初值 ET0= 1; ET1= 0; TR0= 0; TR1= 0; EA= 1; } void ShowScore(unsigned int sum) //顯示得分 { unsigned int tab,n; while(1) { for(tab=0;tab<8;tab++) { Hc595SendByte(0x00); //消隱 COMMONPORTS = P0TAB[tab]; //輸出字碼 if(tab<4) { n=sum/10; Hc595SendByte(DIG_CODE[n][tab]); } else { n=sum%10; Hc595SendByte(DIG_CODE[n][tab-4]); } Delay(1); } } } void Delay(unsigned int n) //延時50us { unsigned char a,b; for(;n>0;n--) { for(b=1;b>0;b--) for(a=22;a>0;a--); } } void BeepTimer0(void) interrupt 1 //音符發(fā)生中斷 { BeepIO = !BeepIO; TH0 = Sound_Temp_TH0; TL0 = Sound_Temp_TL0; } void Hc595SendByte(unsigned char dat) //向74H595發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù) { unsigned char a; SRCLK=0; RCLK1=0; for(a=0;a<8;a++) { SER=dat>>7; dat<<=1; SRCLK=1; _nop_(); _nop_(); SRCLK=0; } RCLK1=1; _nop_(); _nop_(); RCLK1=0; } void Play(unsigned char *Sound) //演奏子程序 { unsigned int HC595TAB[8] = {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; unsigned char i; unsigned int tab,j,k,Point_led,Point_sound,LDiv,LDiv1,LDiv2,LDiv16, LDiv16_temp,CurrentFre,LDiv1_sound,LDiv2_sound,LDiv1_temp, CurrentFre_sound,Fre_Temp,Temp_T,SoundLength,score,count; unsigned int temp[4]; SoundLength = 0; LDiv16=5; //16分音符的長度 while(Sound[SoundLength] != 0x00) //計算歌曲總長度 { SoundLength+=3; } LDiv1_temp=0; LDiv16_temp=0; Point_led=0; Point_sound=0; TR0=0; TR1=1; score=0; sum=0; j=1; while(Point_sound < SoundLength) //一個音符一個音符的來 { CurrentFre = Sound[Point_led]; LDiv1 = Sound[Point_led+1]; LDiv1_sound = Sound[Point_sound+1]; //發(fā)音長度 LDiv2 = Sound[Point_led+2]; if(Sound[Point_led]!=0) LDiv=LDiv1+LDiv2; //兩個LED燈之間的間隔長度 else LDiv=5; if (Point_led!=0) { if (Fre_Temp>CurrentFre) //頻率比上個音符大，LED顯示的點右移兩行，比上個音符小則左移兩行，移到最左或最右循環(huán) { if(k==0) k=6; else k=k-2; } else if (Fre_Temp0;i--) //間隔規(guī)定長度顯示下一個led燈 { LDiv16_temp++; count++; if(j!=1) //判斷得分 { if(temp[j/2]!=0) { if(count==1){ score=5;P2=239;} else if(count==2){score=4;P2=247;} else if(count==3){score=3;P2=251;} else if(count==4){score=2;P2=253;} else if(count==5){score=1;P2=254;} else{score=0;P2=255;} sum=sum+score; j=1; } } if(LDiv16_temp==LDiv16) //每隔1個16分音符的時間 { for(tab=0;tab<8;tab++) { HC595TAB[tab]>>=1; //led燈下降1格 if(HC595TAB[tab]&1 == 1) //判斷l(xiāng)ed燈是否下降到底部 { CurrentFre_sound = Sound[Point_sound]; LDiv1_sound = Sound[Point_sound+1]; LDiv2_sound = Sound[Point_sound+2]; LDiv1_temp=0; Temp_T = 65536-(5000/CurrentFre_sound)*10; //計算計數(shù)器初值 Sound_Temp_TH0 = Temp_T/256; Sound_Temp_TL0 = Temp_T%256; TH0 = Sound_Temp_TH0; TL0 = Sound_Temp_TL0 + 12; TR0=1; temp[0]=temp[1]=temp[2]=temp[3]=0; count=0; P2=255; j=tab; Point_sound+=3; //發(fā)下一個音 if(Sound[Point_sound]==0) i=LDiv1_sound+LDiv2_sound; } } LDiv16_temp=0; } while(TF1==0) { for(tab=0;tab<8;tab++) { Hc595SendByte(0x00); //消隱 COMMONPORTS = P0TAB[tab]; //輸出字碼 Hc595SendByte(HC595TAB[tab]); Delay(1); if(k1==0) temp[0]=1; //判斷按鍵是否按下 else if(k2==0) temp[1]=1; else if(k3==0) temp[2]=1; else if(k4==0) temp[3]=1; } } TH1 = Sound_Temp_TH1; TL1 = Sound_Temp_TL1; TF1=0; LDiv1_temp++; if (LDiv1_temp==LDiv1_sound) TR0=0; } if(Sound[Point_led]!=0) Point_led+=3; //顯示下個led燈 } P2=255; //最后一個音結(jié)束熄滅led燈 } main() { InitialSound(); Play(music_tab); ShowScore(sum/9); } 五、實物照片及調(diào)試結(jié)果 游戲時照片： 結(jié)束顯示分數(shù)照片： 六、心得體會 這次單片機的課程設(shè)計，也是我們第一次自己完成一個由自己構(gòu)思并實現(xiàn)的作品。在選擇方案的時候，我們首先決定的是自己編寫一款游戲。在聽完老師講解蜂鳴器播放音樂和LED點陣的原理后，我想到了以前玩過的一款名為節(jié)奏大師的音樂游戲，我發(fā)現(xiàn)利用LED點陣和蜂鳴器結(jié)合，完全可以在單片機上實現(xiàn)它的主要框架。再配合按鍵的功能，就能用單片機來玩這一簡易的音樂游戲了。于是，我們便初步?jīng)Q定了這個題目。 然而，在制作的過程中，我們遇到了許多事先沒有料想到的困難。比如LED顯示點的出現(xiàn)和對應(yīng)的音符的不同步，按鍵的不同得分判定難以實現(xiàn)，用于顯示分數(shù)的數(shù)碼管和LED點陣共用了一個端口等等。這些困難都給我們編寫程序造成了很大的困擾，甚至令我們一度想要放棄。但在我們的努力下，最終還是一個個解決了這些困難，實現(xiàn)了我們原本的構(gòu)想。這也讓我體會到實踐才是檢驗問題最好的辦法。 通過這次課程設(shè)計，我也對單片機的軟件、硬件有了進一步的認識。完成這一課程設(shè)計，需要能熟練地運用51單片機的C語言編程，以及單片機內(nèi)部的定時器、中斷等功能，也需要對LED、按鍵、蜂鳴器、數(shù)碼管等的原理進行一定的了解。更重要的是，能夠?qū)⑦@兩者結(jié)合，才能讓各個模塊都能受我們控制，達到我們想要的效果。 這一次的實驗作品的完成，讓我們充分體會到了學(xué)習(xí)是一個循序漸進的過程。在課程開始之初，我們對于單片機一無所知，老師給與我們的開發(fā)箱也只不過是一個上課依葫蘆畫瓢，展現(xiàn)一下黑板上程序的工具。然而隨著課程的深入，我們可以不斷的運用課本上新學(xué)到的知識已經(jīng)實驗之中運用過的程序和結(jié)構(gòu)，來實現(xiàn)更多的功能以及想法。直到最后，我們在開發(fā)箱上，依靠著這門課程給予我們的知識和技巧，完成了一個簡易的音樂游戲。雖然游戲非常的簡單，但是能夠設(shè)計出這樣一個游戲是我們在開始完全沒有預(yù)想到的。 通過這門課程，我們第一次實際感受到了知識是如何運用于實際的。在別的課程之中考核基本都是通過書面的考試，而這一次是讓我們自己在開發(fā)箱上創(chuàng)造自己的作品，讓我們受益匪淺。我們不僅僅需要用這一門課程上的知識，許多之前學(xué)過的知識也再一次被我們從課本中找了回來，運用于其中。在這一次的期末作業(yè)考核之中，我們真正認識到了之前學(xué)過的許多知識的作用，例如微機原理、C語言等等，這些東西不再是課本上的知識，而變成了我們的一種能力，這是我們在開發(fā)箱創(chuàng)造作品的過程之中最大的收獲。 另外，通過這次的作品，讓我感受到了團隊協(xié)作的真諦。團隊成員通過配合來揚長避短，兩個人的知識和想法融合在一起，來更好地完成這次考核。我們的作品也從最初的一直空白，變成了一個簡易但是很完整的音樂游戲。我們都從這次的創(chuàng)作中受益匪淺。