STM32F103VCT6點(diǎn)陣游戲機(jī)電子設(shè)計(jì)報(bào)告

京信杯電子設(shè)計(jì)報(bào)告-點(diǎn)陣游戲機(jī)STM32F103VCT6點(diǎn)陣游戲機(jī)電子設(shè)計(jì)報(bào)告隊(duì)員名單：譚承志張一弘戴明峻

Time\@"yyyy年M月d日"

2013年12月8日

京信杯設(shè)計(jì)報(bào)告題目：點(diǎn)陣游戲機(jī)（A題）題目：點(diǎn)陣游戲機(jī)（A題）【摘要】本系統(tǒng)作品采用一個(gè)STM32F103VCT6單片機(jī)控制，1個(gè)74HC573鎖存器驅(qū)動(dòng)四位一體數(shù)碼管顯示數(shù)字，四個(gè)74HC595鎖存器驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣屏，4個(gè)水銀管作重力感應(yīng)，8個(gè)微動(dòng)開關(guān)作鍵盤輸入。TDA2822搭建的功放電路作音頻輸出。Ams1117-3.3作電源部分。用keil編寫程序，可根據(jù)重力方向改變顯示方向，顯示數(shù)字，漢字，大小寫字母等。具有開機(jī)動(dòng)畫，開機(jī)音樂，游戲音樂，6個(gè)游戲，1個(gè)演示功能。游戲部分可存檔可記錄最高分。有方便直觀的人機(jī)界面。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，具有一定的使用價(jià)值?！娟P(guān)鍵詞】STM32單片機(jī)四位一體數(shù)碼管點(diǎn)陣屏手持游戲機(jī)【Abstract】ThesystemworksusingaSTM32F103VCT6MCUcontrol,a74HC573latchdriverintegrateddigitaldisplayfourdigits,four74HC595latchdriverdotmatrixscreen,fourmercurytubeforgravitysensing,8frettingswitchforkeyboardinput.TDA2822amplifiercircuitbuiltforaudiooutput.Ams1117-3.3forthepowersection.Writtenwithkeilprogramcanchangethedisplayorientationaccordingtothedirectionofgravity,displaynumbers,characters,uppercaseandlowercaselettersandsoon.Withbootanimation,bootmusic,gamesmusic,sixgames,apresentationfunction.Partofthegamecanbearchivedtorecordthehighestscore.Thereisaconvenientandintuitiveuserinterface.Thesystemisstable,hasacertainvalue.【Keyword】STM32MCUfourintegrateddigitallatticescreenhandheldgameconsole-25-目錄一方案論證與比較····························································41.1控制芯片的選取························································42.2數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的方式······················································42.3光照感應(yīng)及速度調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)方案··········································5二系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算····················································7 2.1系統(tǒng)總體方案··························································7 2.2硬件電路設(shè)計(jì)··························································72.2.1單片機(jī)控制電路··················································72.2.2數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)··············································82.2.3光照的檢測(cè)電路···················································9 2.3軟件設(shè)計(jì)流程··························································9三測(cè)試方法及數(shù)據(jù)··························································103.1測(cè)試方法簡(jiǎn)介························································103.2基礎(chǔ)部分測(cè)試數(shù)據(jù)····················································103.3發(fā)揮部分測(cè)試數(shù)據(jù)····················································10四測(cè)試結(jié)果及分析··························································11五小結(jié)····································································11六參考文獻(xiàn)·······························································11

一、方案論證與比較1.1單片機(jī)芯片的選取系統(tǒng)需要能驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣屏，音頻輸出（DAC口），spi通信（內(nèi)存卡，無線收發(fā)模塊），就需要一種強(qiáng)大而穩(wěn)定的單片機(jī)芯片，有了好的單片機(jī)芯片才能保障游戲機(jī)的完美工作?！痉桨敢弧?1系列單片機(jī)，蜂鳴器輸出音頻，模擬spi口，大量鎖存器拓展io口?！痉桨付坑靡粋€(gè)Arduino芯片。Arduino是一個(gè)基于開放原始碼的軟硬體平臺(tái)，構(gòu)建于開放原始碼simpleI/O介面版，并且具有使用類似Java，C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。蜂鳴器輸出音頻，模擬spi口，大量鎖存器拓展io口。【方案三】stm32系列單片機(jī)。具有大量的io口，自帶DAC、ADC、SPI。JTAG便宜學(xué)習(xí)資料豐富，32位的單片機(jī)，價(jià)格便宜【方案選擇】綜合優(yōu)缺點(diǎn)分析和學(xué)習(xí)的態(tài)度我們本次使用【方案三】1.2數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的方式要進(jìn)行計(jì)數(shù)就需要能將計(jì)數(shù)狀態(tài)通過人機(jī)交互界面變現(xiàn)出來，本系統(tǒng)我們采用數(shù)碼管顯示。【方案一】使用74LS48BCD七段數(shù)碼管譯碼器將單片機(jī)IO口的二進(jìn)制數(shù)據(jù)直接譯碼，并連接到四位一體數(shù)碼管，通過快速閃爍切換形成視覺殘留顯示4為數(shù)字?！痉桨付渴褂靡黄?4HC573鎖存器提供電流，利用單片機(jī)內(nèi)部保存譯碼表實(shí)現(xiàn)軟解碼。同樣通過快速閃爍切換形成視覺殘留顯示4為數(shù)字?！痉桨高x擇】方案一線路簡(jiǎn)單，可以便捷的實(shí)現(xiàn)基本功能，但是使用局限性較多，不能顯示非數(shù)字信息。方案二控制復(fù)雜但自定義顯示的信息，甚至能顯示16進(jìn)制數(shù)據(jù)，可以輕松拓展。綜上所述，為了能實(shí)現(xiàn)更多功能我們選擇方案二。1.3點(diǎn)陣屏的設(shè)計(jì)方案【方案一】占用PD、PE兩組共32個(gè)IO口驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣屏【方案二】使用4個(gè)74HC595鎖存器控制點(diǎn)陣屏并提供電流【方案選擇】方案一需三極管等其他元件提供電流驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣屏并占用IO口過多。AB組具有大量SPI、TX、RX等功能接口、方案二鎖存器集拓展IO口和提供電流為一體。只需要6個(gè)IO口即可驅(qū)動(dòng)。綜上所述選擇方案二。1.1功放電路的選取系統(tǒng)解碼的WAV文件輸出電流為幾百uA遠(yuǎn)不足以驅(qū)動(dòng)喇叭。故需要功率放大器驅(qū)動(dòng)?！痉桨敢弧浚夯诩蒊Ctad2822的功率放大電路如圖，輸入信號(hào)串電阻器到地，保證了音頻輸入的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)電阻器可改變聲音的大小，外圍電路簡(jiǎn)單，做PCB方便電路分析：輸入的音頻模擬信號(hào)經(jīng)過PWM電路調(diào)制處理后，形成占空比同輸入信號(hào)成一定比例的脈沖鏈，經(jīng)過開關(guān)電路放大后，由低通濾波器濾除高頻成分，還原出已放大的輸入信號(hào)波形，由揚(yáng)聲器放音。從上述場(chǎng)效應(yīng)管H－橋式電路輸出的脈沖波是不便直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲的。為了重現(xiàn)放大的音頻信號(hào)，輸出波形必須恢復(fù)到原來的正弦波。D類放大器的設(shè)計(jì)，大都采用低通濾波器來解決。由于音頻的頻帶范圍為20Hz～20kHz，搜索而載波頻率通常是它的5倍以上，因此，濾除載波頻率的過程相當(dāng)于就是在揚(yáng)聲器前面接一個(gè)截止頻率約為25kHz左右的低通濾波器。而在運(yùn)用到重低音功放時(shí)，由于處理的是低頻，低通的截止頻率可以降低到5kHz左右。濾波器的設(shè)計(jì)要求較高，可能會(huì)引起射頻干擾。為降低功耗，采用被動(dòng)元件?！痉桨付浚夯谶\(yùn)算放大器的功率放大電路此功放電路外圍電阻電容較多，不便于印刷電路的制作，對(duì)于游戲的重低音和鼓點(diǎn)音的放大效果不佳，并且伴有雜音【方案三】：分立元件搭建的功率放大電路雖然此電路放大音質(zhì)很好，但是PCB上用分立元件搭建功放電路十分麻煩，占用了大量的空間，也不經(jīng)濟(jì)，另外這個(gè)電路的抗干擾能力不好，容易產(chǎn)生自激振蕩，容易產(chǎn)生雜音?！痉桨高x擇】：綜上，選擇方案一，有外圍電路簡(jiǎn)單，聲音可調(diào)，噪音較小等優(yōu)點(diǎn) 二、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)置2.1系統(tǒng)總體方案3.3v電源3.3v電源STM32VCT6硬件STM32VCT6按鍵&重力功放ICSPI74HC57374HC595按鍵&重力功放ICSPI74HC57374HC595喇叭SD卡數(shù)碼管點(diǎn)陣屏喇叭SD卡數(shù)碼管點(diǎn)陣屏點(diǎn)陣屏緩沖數(shù)碼管緩沖鍵盤緩沖DAC數(shù)碼管緩沖點(diǎn)陣屏緩沖數(shù)碼管緩沖鍵盤緩沖DAC數(shù)碼管緩沖APIAPI存檔Rhythm青蛙過河貪食蛇主菜單演示坦克大戰(zhàn)Get存檔Rhythm青蛙過河貪食蛇主菜單演示坦克大戰(zhàn)GetLove打飛機(jī)打飛機(jī)字庫字庫2.2硬件電路設(shè)計(jì)2.2.1單片機(jī)控制電路如圖為stm32f103vct6單片機(jī)最小系統(tǒng)，采用8MHZ晶振。3.3V直流供電。

2.2.2數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)如圖為數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路，采用74HC573芯片為數(shù)碼管顯示提供了充足的電流。74HC573包含八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，是一種高性能硅門器件。74HC573八數(shù)據(jù)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。特別適用于緩沖寄存器，I/O通道，雙向總線驅(qū)動(dòng)器和工作寄存器。真值表OE(輸出使能)LE（鎖存使能）DQ（輸出）LHHHLHLLLLXQOHXXZ

2.2.3JTAG下載端口電路2.2.4藍(lán)牙預(yù)留口2.2.52.4G無線通信模塊預(yù)留口2.2.6microSD卡卡槽P9為手動(dòng)片選跳針2.2.7鍵盤及重力感應(yīng)電路

2.2.8功放電路2.3PCB設(shè)計(jì) 由于外設(shè)較多，又要求手持，我們決定嘗試使用PCB進(jìn)行硬件焊接。PCBtop層。印刷有我們的logoPCBbottom層2.4軟件設(shè)計(jì)流程啟動(dòng)啟動(dòng)設(shè)置并設(shè)置并初始化各個(gè)外設(shè)初始化菜單初始化菜單載入開機(jī)動(dòng)畫載入開機(jī)動(dòng)畫掃描鍵盤掃描鍵盤刷新點(diǎn)陣屏刷新點(diǎn)陣屏刷新數(shù)碼管刷新數(shù)碼管更新WAV數(shù)據(jù)緩存更新WAV數(shù)據(jù)緩存更新隨機(jī)數(shù)種子更新隨機(jī)數(shù)種子定時(shí)器中斷定時(shí)器中斷？邏輯Update邏輯Update2.5游戲介紹開機(jī)動(dòng)畫：自制的16*16點(diǎn)陣版BadApple（東方Project相關(guān)的一個(gè)PV）打飛機(jī)：基于重力感應(yīng)的打飛機(jī)游戲，可由鍵盤控制。具有高分記錄和存讀檔功能。坦克大戰(zhàn)：具有豐富設(shè)定的坦克游戲，如裝彈時(shí)間、裝甲厚度、跳彈以及前側(cè)后裝甲區(qū)分。敵人具有一定的AI。GetLove：一款休閑游戲小品，目標(biāo)是躲避“高中校領(lǐng)導(dǎo)”，成功追到“妹子”。青蛙過河：相當(dāng)有難度的一個(gè)游戲，要求玩家穿過湍急的河流到達(dá)對(duì)岸。Rhythm：緊隨當(dāng)下流行的節(jié)奏游戲，按照鼓點(diǎn)準(zhǔn)確敲擊。測(cè)試方法及數(shù)據(jù)3.1測(cè)試方法簡(jiǎn)介點(diǎn)陣顯示進(jìn)入主菜單，選擇演示。觀察字母及數(shù)字是否準(zhǔn)確無誤顯示。中文漢字顯示進(jìn)入主菜單，選擇演示。觀察漢字是否準(zhǔn)確無誤顯示。重力感應(yīng)進(jìn)入主菜單，選擇演示。轉(zhuǎn)動(dòng)屏幕，觀察字母、數(shù)字及漢字是否準(zhǔn)確無誤顯示。滾動(dòng)顯示進(jìn)入主菜單，選擇演示。轉(zhuǎn)動(dòng)屏幕，觀察字母、數(shù)字及漢字是否準(zhǔn)確無誤顯示。手持用雙手托舉，感受手部壓力。打飛機(jī)游戲進(jìn)入主菜單，選擇打飛機(jī)。分別用鍵盤和重力操作飛機(jī)移動(dòng)。開機(jī)音樂打開電源，等待2s。觀察是否播放有音樂。得分功能進(jìn)入主菜單，任意打開一款游戲，操作游戲。觀察數(shù)碼管是否有分?jǐn)?shù)變化。隨機(jī)性進(jìn)入主菜單，任意打開一款游戲，操作游戲。退出，重新打開。觀察游戲內(nèi)容是否變化。想象力進(jìn)入主菜單，打開打飛機(jī)。操作片刻，選擇保存