基于51单片机俄罗斯方块程序设计

基于51单片机俄罗斯方块游戏设计

作者：左厚臣

前言

闲得无事，想用单片机和LCD12864写一个俄罗斯方块游戏，培养培养兴趣，丰富一下业余生活，同时也熟练熟练单片机应用。然后整理一下过程，本文没有什么专业的流程图，系统框图，随手画的。希望各位大神勿喷，本菜鸟就献丑了。

关键字：51单片机LCD12864 俄罗斯方块游戏设计

一、实物写真

1、先展示一下实物效果呗，看能不能吸引到各位大神的眼球！！！！

2、单片机选型

IO口占用：7个

程序存储器占用：6459Byte

内部RAM:117.0Byte

内部扩展RAM:1016Byte

Fosc = 24Mhz（也可选择12Mhz）

中断使用状况：16位定时器溢出中断1个

手头有一块STC12C5A60S2 51系列单片机，本实验也采用的此款单片机，或许有大神能用很节省资源的方法写出这款游戏，本菜鸟甘拜下风。

二、游戏算法

整个游戏的算法也就是这样子的吧！下面就对每个步骤进说明吧！

三、算法说明

算法就捡重点的说吧，省得各位大神都闲啰嗦。

1、当前随机方块获取和下一回合游戏方块生成并显示

此步骤拆解成如下流程图所示：

（1）随机数生成

51单片机需要调用库函数来产生随机数，如下：

#include //调用库函数的头文件

函数rand ()会生成一个int型的随机数，int型变量范围为-32768~32767占用2 字节。我们使用时其实是可以把它当做一个unsigned int型变量的，取值范围0-65535 这个应该是很好理解的。但是如果我们需要一个0-7的随机数怎么处理呢，没关系有办法，程序如下：

u8 Random(u8 max)

{

u16 temp;

u8 a;

max = max +1;

temp=rand();//获取随机种子

a = temp%max;

return a;

}

其实也就是把得到随机数与想要得到数范围的最大数求余运算就可以了，即：

a = temp%max;

我们的游戏方块可以描述成2个要素:

A、形状

比如说形状有：■■■■

■■■■■等，可用0-n来表示

B、姿态

比如说形状■

■■姿态有4种如下：

■■■■■■

■■■■■■

它们从左往右看可以看出规律分别旋转了0°，90°，180°，270°，也分别相对旋转了90°，可以用0-3来表示。

由于游戏方块又分为当前和下一回合，元素0为当前，元素1为下一回合所以我们定义两组数组：

u8 Game_forecast[2];//形状数组

u8 xdata Game_angle[2];//姿态数组

获取随机形状如下：

Game_forecast[0] = Random(8);//获取方块随机形状

Game_angle[0] = Random(3);//获取方块随机旋转角度

那么本游戏列出一个表来，这两组数就可以表示一个随机方块了，如下：

（2）通过随机数生成随机方块数组Game_posture[5][5]

随机方块的形状及姿态已经确定了，我们需要将其转换成比较直观的，所以就定义了二维数组Game_posture[5][5]，对于某种形状直接在数组上描数据就可以了。

比如说形状2姿态0，有点的描0xff,没点的描0x00,数组Game_posture[5][5]赋值如下：

u8 x,y;

for(y=0;y<5;y++)

{

for(x=0;x<5;x++)

{

Game_posture[y][x]=0x00;

}

}

/*Game_posture[5][5]={

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,

0x00,0x00,0xff,0x00,0x00,

0x00,0x00,0xff,0xff,0x00,

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00

};*/

Game_posture[1][2]=0xff;

Game_posture[2][2]=0xff;

Game_posture[2][3]=0xff;

我们给数组Game_posture[5][5]赋值分两步进行，第一步获取形状直接赋值，就是我们上面演示的程序，第二步根据姿态数将其旋转0°，90°，180°，270°

得到最终的方块数组。

那就分析分析如何旋转90°，180°，270°(顺时针旋转)的程序怎么写吧！

首先通过画表格的方式把方块数组Game_posture[5][5]表示出来，习惯上我们喜欢把x代表列，y代表行如下：

将其旋转90°得到如下表格：

可以看出旋转90°后的数组x0-x4坐标对应的是原来数的y4-y0坐标，而y0-y4坐标则对应的是原来数的x0-x4坐标。

将其旋转180°得出如下表格：

可以看出旋转180°后数组x0-x4坐标对应的是原来数的x4-x0坐标，而y0-y4坐标则对应的是原来数的y4-y0坐标。

将其旋转270°得出如下表格：

可以看出旋转270°后数组x0-x4坐标对应的是原来数的x0-x4坐标，而y0-y4坐标则对应的是原来数的x4-x0坐标。

写出转转函数如下：

if(Game_angle[num1]==0);

else if(Game_angle[num1]==1)Rotation(90);

else if(Game_angle[num1]==2)Rotation(180);

else if(Game_angle[num1]==3)Rotation(270);

//将姿态转换旋转度数

void Rotation(u16 num1)

{

u8 xdata temp[5][5];

u8 x,y;

for(y=0;y<5;y++)

{

for(x=0;x<5;x++)

{

temp[y][x]=0x00;

}

}

if(num1==90)//旋转90°

{

for(y=0;y<5;y++)

{

for(x=0;x<5;x++)

{

temp[y][x]=Game_posture[4-x][y];

}

}

}

else if(num1==180)//旋转180°

{

for(y=0;y<5;y++)

{

for(x=0;x<5;x++)

{

temp[y][x]=Game_posture[4-y][4-x];

}

}

}

else if(num1==270)//旋转270°

{

for(y=0;y<5;y++)

{

for(x=0;x<5;x++)

{

temp[y][x]=Game_posture[x][4-y];

}

}

}

if(num1>0)

{

for(y=0;y<5;y++)

{

for(x=0;x<5;x++)

{

Game_posture[y][x]=temp[y][x];

}

}

}

}

（3）方块数组Game_posture[5][5]转换显示数组Game_posture_window[16][4]

首先我们需要定义一下一个方块点占用LCD12864多少个像素点，经过试验，一个方块点占用LCD12864 4*4个像素点看起来比较直观大小也刚好合适。

再看一下LCD12864如何描点的。

LCD12864分成了上下屏，各占像128*32个像素点，上屏x坐标为0-7，y坐标为0-31，下屏x坐标为8-15，y坐标为0-31。

一个x坐标占用16个像素点也就是两个字节，y坐标占用1个像素点。给定x 坐标和y坐标，输入数据D15-D8,给定数据D7-D0就可以在LCD12864相应的位置

进行描点了，当然在之前是要开启LCD12864扩充指令集的绘图功能了，后面程序

里面会写到。

再回头看看数组数组Game_posture[5][5]还是用图表的形式说明，如下：

刚刚已经定义了一个方块像素点占用LCD12864的4*4个像素点，再结合LCD12864描点方式，需要定义一个行坐标5*4=20，列坐标5/2=2.5的数组，结合LCD12864列坐标x来看，没有小数的，故设置为3，后面数补0即可，但是再结合LCD12864描点方式，列坐标设置为4。

故定义一个描点数组Game_posture_window[16][4]，行坐标不是20么，怎么是16呢，这是在写程序时弄错的地方，也是此程序的一个BUG，当方块形状为1时只会显示3个点其它的都正常。BUG就BUG吧，这里主要是写设计思路，整理到这里时才发现，就不改了吧！

按照这种规律就可以将转换函数写出来，如下：

void Get_Game_posture_window()

{

u8 x,y;

u8 temp;

//--------------方块显示数据初始化---------------------

for(y=0;y<16;y++)

{

for(x=0;x<4;x++)

{

Game_posture_window[y][x]=0x00;//数据初始化

}

}

//--------------方块数值获取---------------------------

for(y=0;y<5;y++)

{

for(x=0;x<5;x++)

{

if((x==0)||(x==2)||(x==4))

{

temp = Game_posture[y][x];

if(temp==0xff)

{

Game_posture_window[y*4][x/2] =0xf0;

Game_posture_window[y*4+1][x/2] =0xf0;

Game_posture_window[y*4+2][x/2] =0xf0;

Game_posture_window[y*4+3][x/2] =0xf0;

}

}

//------------边框处理---------------------

if(x==4)

{

Game_posture_window[y*4][3] =0x00;

Game_posture_window[y*4+1][3] =0x00;

Game_posture_window[y*4+2][3] =0x00;

Game_posture_window[y*4+3][3] =0x00;

}//------------------------------------------

if((x==1)|(x==3))

{

temp = Game_posture[y][x];

if(temp==0xff)

{

Game_posture_window[y*4][x/2] |=0x0f;

Game_posture_window[y*4+1][x/2] |=0x0f;

Game_posture_window[y*4+2][x/2] |=0x0f;

Game_posture_window[y*4+3][x/2] |=0x0f;

}

}

}

}

}

由于方块显示去与游戏区产生了交集故对游戏区的边框进行了还原处理。（4）随机方块显示

描点数组Game_posture_window[16][4]已经赋值，直接对LCD12684描点就可以了，程序如下：

void Game_forecast_show()//方块预报显示

{

u8 x,y;

LCD_write_comm(0x36);//使用扩充指令集

LCD_delay();

//----------------------------

for(y=16;y<31;y++)

{

for(x=1;x<3;x++)

{

LCD_write_comm(0x80+y);//y坐标起始地址

LCD_delay();

LCD_write_comm(0x80+x);//x坐标起始地址

LCD_delay();

LCD_write_date(Game_posture_window[y-16][(x-1)*2]);

LCD_delay();

LCD_write_date(Game_posture_window[y-16][(x-1)*2+1]);

LCD_delay();

}

}

LCD_write_comm(0x36);//显示RAM

LCD_delay();

LCD_write_comm(0x30);//退出扩展指令集

LCD_delay();

}

2、按键处理

按键处理包括游戏方块急速下降、游戏方块左移、游戏方块右移、游戏方块旋转等。

由于一一的说明显得太啰嗦，后面会把所有程序附上，一看就明白，这里就说明一下游戏方块旋转吧！

游戏方块旋转可以拆分成如下步骤：

这里最麻烦的就是游戏方块旋转时是否卡位和方块数组与游戏数组Game_date[15][15]融合。

先说一说方块数组与游戏数组Game_date[15][15]的融合吧！

还是用图表进行说明，如下：

游戏方块数组Game_posture[5][5]

游戏数组Game_date[15][15]

两数组融合有两种情况：1、初始融合2、旋转后融合。

（1）、初始融合

初始融合也就是方块刚进入游戏的画面，如上图红圈所示这种状况是最佳的状况，也就是方块由游戏窗口上层最中央落入并且没有像素点的地方全部消掉。

那么我们开始寻找规律，自然从“方块由游戏窗口上层最中央落入并且没有像素点的地方全部消掉”这句话中寻找。

从“没有的像素点的地方全部消掉”这句话出发，我们定义一个二维数组，只记录游戏方块数组Game_posture[5][5]有像素点的xy坐标，游戏方块最多有4个像素点那么就可以定义一个二维数组Game_dot[4][2]，就解决了没有的像素点全部消掉的问题，程序如下：

//--------方块点数值初始化-------------

for(y=0;y<4;y++)

{

for(x=0;x<2;x++)

{

Game_dot[y][x]=0x88;

}

}

//--------方块点数值获取----------------

a=0;

for(y=0;y<5;y++)

{

for(x=0;x<5;x++)

{

if(Game_posture[y][x]==0xff)

{

Game_dot[a][0]=y;

Game_dot[a][1]=x;

a++;

}

}

}

为什么数组Game_dot[4][2]初始化的数值是0x88而不是0x00呢，因为xy坐标中有含0的即0x00,可以是0x55么，当然可以。写0x88或许能给你带来吉利吧！

哈哈。。。。。其实重点是避开xy坐标数值就可以了！！！

让“方块由游戏窗口上层最中央落入”也就是x坐标的最中央，游戏方块数组Game_posture[5][5] x坐标中央是2，游戏数组Game_date[15][15]最中央是7，融合是他们有什么规律呢？

当然有，将Game_posture[5][5] x坐标+6即可将游戏方块放入到游戏窗口中，程序如下：

//---------初始方块与游戏窗口数据融合-------------------

c = Game_dot[0][0];//获取y坐标最小值

for(y=0;y<4;y++)

{

if(Game_dot[y][0]!=0x88)

{

Game_date[Game_dot[y][0]-c][Game_dot[y][1]+6]=0xff;//数据融合

Game_dot[y][0] = Game_dot[y][0]-c;

Game_dot[y][1] = Game_dot[y][1]+6;//刷新方块数据点

}

}

（2）、旋转后融合

游戏方块在游戏窗口中是移动和变换的像素点，所以需要记录运动点的xy坐标上面程序中刷新方块数据点也就是这个目的。

呢？同样用图表进行说明。

假如游戏方块在游戏窗口中旋转90°，得到如下数：

再看看游戏方块旋转90°会得到一个如下数：

那么游戏方块和游戏窗口中的方块旋转前与旋转90°后的游戏方块和游戏窗口中的方块xy坐标是一个什么样的关系呢？

通过对图表的对比可以发现：

旋转后的游戏窗口方块x坐标= 旋转前的游戏窗口方块x坐标—旋转前的方块x坐标+ 旋转后的方块x坐标

旋转后的游戏窗口方块y坐标= 旋转前的游戏窗口方块y坐标—旋转前的方块y坐标+ 旋转后的方块y坐标

程序如下：

for(y=0;y<4;y++)//--------临时方块点数值初始化-------------

{

for(x=0;x<2;x++)

{

Game_dot_temp[y][x]=0x88;

}

}

c=0;

for(y=0;y<5;y++)//--------临时方块点数值获取----------------

{

for(x=0;x<5;x++)

{

if(Game_posture[y][x]==0xff)

{

Game_dot_temp[c][0]=y;

Game_dot_temp[c][1]=x;

c++;

}

}

}

yn = Game_dot[0][0]-Game_dot_temp[0][0];//获取y坐标差值

xn = Game_dot[0][1]-Game_dot_temp[0][1];//获取x坐标差值

//---------临时方块点旋转90°-----------------------------

for(y=0;y<4;y++)//--------临时方块点数值初始化-------------

{

for(x=0;x<2;x++)

{

Game_dot_temp[y][x]=0x88;

}

}

Game_angle_temp++;

if(Game_angle_temp==4)Game_angle_temp=0;

Game_angle[0]=Game_angle_temp;//获取方块旋转值

Get_Game_posture(0);//游戏方块姿势转换

c=0;

for(y=0;y<5;y++)//--------临时方块点数值获取----------------

{

for(x=0;x<5;x++)

{

if(Game_posture[y][x]==0xff)

{

Game_dot_temp[c][0]=y;

Game_dot_temp[c][1]=x;

c++;

}

}

}

再来说说如何判断方块在旋转中是否卡位的，还是用图表进行说明，如下：

方法就是把前一状态点全部消掉，然后用临时数组进行模拟旋转，模拟数组旋转

后与窗口数组都有描点，说明卡位，是不能旋转的然后还原之前消掉的点，方块左移方块右移，方框下降都是通过这个方法来判断是否卡位的，自己可以在上标中模拟的试一试，看是不是这么回事，程序如下：

//---------消除游戏窗口前时间段方块-----------------

for(y=0;y<4;y++)

{

if(Game_dot[y][0]!=0x88)

{

Game_date[Game_dot[y][0]][Game_dot[y][1]]=0x00;

}

}

//---------获取当前方块参考点------------------------------

for(y=0;y<4;y++)//--------临时方块点数值初始化-------------

{

for(x=0;x<2;x++)

{

Game_dot_temp[y][x]=0x88;

}

}

c=0;

for(y=0;y<5;y++)//--------临时方块点数值获取----------------

{

for(x=0;x<5;x++)

{

if(Game_posture[y][x]==0xff)

{

Game_dot_temp[c][0]=y;

Game_dot_temp[c][1]=x;

c++;

}

}

}

yn = Game_dot[0][0]-Game_dot_temp[0][0];//获取y坐标差值

xn = Game_dot[0][1]-Game_dot_temp[0][1];//获取x坐标差值

//---------临时方块点旋转90°-----------------------------

for(y=0;y<4;y++)//--------临时方块点数值初始化-------------

{

for(x=0;x<2;x++)

{

Game_dot_temp[y][x]=0x88;

}

}

Game_angle_temp++;

if(Game_angle_temp==4)Game_angle_temp=0;

Game_angle[0]=Game_angle_temp;//获取方块旋转值

Get_Game_posture(0);//游戏方块姿势转换

c=0;

for(y=0;y<5;y++)//--------临时方块点数值获取----------------

{

for(x=0;x<5;x++)

{

if(Game_posture[y][x]==0xff)

{

Game_dot_temp[c][0]=y;

Game_dot_temp[c][1]=x;

c++;

}

}

}

//---------判断方块是否卡位----------------------

for(y=0;y<4;y++)

{

if(Game_dot_temp[y][0]!=0x88)

{

yn1 = Game_dot_temp[y][0]+yn;

xn1 = Game_dot_temp[y][1]+xn;

if((Game_date[yn1][xn1]==0xff)||(yn1<0)||(yn1>=15)||(xn1<0)||(xn

1>=15))

{

for(y=0;y<4;y++)//还原消除点

{

if(Game_dot[y][0]!=0x88)

{

Game_date[Game_dot[y][0]][Game_dot[y][1]]=0xff;

}

}

//-------还原方块点----------------------

//Game_key_angle=0;

Game_angle_temp--;

Game_angle[0]=Game_angle_temp;//获取方块旋转值

Get_Game_posture(0);//游戏方块姿势转?

//Game_angle--;

goto LABEL5;

}

}

}

//----------游戏方块点描点旋转---------------

for(y=0;y<4;y++)

{

for(x=0;x<2;x++)

{

Game_dot[y][x]=0x88;//方块点初始化

}

}

for(y=0;y

{

Game_dot[y][0]=Game_dot_temp[y][0]+yn;

Game_dot[y][1]=Game_dot_temp[y][1]+xn;

}

//----------方块及游戏窗口数据融合------------

for(y=0;y<4;y++)

{

if(Game_dot[y][0]!=0x88)

{

Game_date[Game_dot[y][0]][Game_dot[y][1]]=0xff;

}

}

LABEL5:

Game_key_angle=0;//旋转完成清0

到此为止，本游戏比较麻烦的算法也完成了。

四、总结

本游戏的算法其实也就是在单片机RAM中玩游戏，玩的过程中将这些数据转换成LCD12864认识的数据并显示出来。

五、程序

全部粘贴出来了，如下：

Main.h

#ifndef __MAIN_H

#define __MAIN_H

#include "common.h"

extern u16 num; //游戏分数

extern u8 Guan_num;//游戏关数

extern u8 xdata Game_date[15][15];//游戏数组

extern u8 Game_window[60][8];//游戏窗口数据

extern u8 xdata Game_posture[5][5];//方块形状数组

extern u8 xdata Game_posture_window[16][4];//方块预报显示数组extern u8 Game_forecast[2];//方块预报

/*

=0 回形状

=1 回

回

回

回形状

=2 回

回回形状

=3 回

回

回回形状

=4 回

回

回回形状

=5 回

回回

回形状

=6 回

回回

回形状

=7 回回

回回形状