基于單片機(jī)的貪吃蛇游戲的實現(xiàn)

吳尚茗 楊麗燕 劉亞榮

摘 要：文章是基于ALIENTEK精英STM32開發(fā)板，在μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)下，用C語言進(jìn)行的簡單貪吃蛇游戲設(shè)計。本游戲設(shè)計主要利用觸屏顯示模塊、LED測試模塊和RTC時鐘模塊來控制游戲運(yùn)行。利用LCD觸摸屏實現(xiàn)四個輕觸按鍵，將按鍵信息發(fā)送至郵箱，控制上下左右，實現(xiàn)貪吃蛇的簡單吃豆、計數(shù)和整個游戲界面顯示等相應(yīng)功能。

關(guān)鍵詞：貪吃蛇游戲;STM32單片機(jī);μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)

中圖分類號：TP368.12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

手機(jī)游戲的歷史已經(jīng)超過十年，其是現(xiàn)代生活的一種娛樂方式。貪吃蛇游戲作為早期的嵌入式開發(fā)游戲，雖然游戲內(nèi)容和畫面都很簡單，但在手機(jī)游戲出現(xiàn)的早期，其是一款相當(dāng)經(jīng)典的游戲[1]。

1 總體方案設(shè)計

本次設(shè)計的主要硬件模塊，選擇使用ALIENTEK精英STM32開發(fā)板。基于開發(fā)板的Cotrex-M3內(nèi)核，及μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)，將μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)移植到ALIENTEK精英STM32開發(fā)板上。在μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)下，利用單片機(jī)的內(nèi)設(shè)LED顯示燈模塊以及RTC系統(tǒng)時鐘等兩個模塊相互配合，并結(jié)合STM32搭載外設(shè)4.3寸TFTLCD液晶顯示屏的顯示和觸摸功能，來實現(xiàn)貪吃蛇游戲的簡單吃豆、計數(shù)以及整個游戲界面顯示等相應(yīng)功能。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示。

2 游戲的軟件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總程序設(shè)計

本游戲從游戲開始后進(jìn)行難度選擇，通過選擇難度確定蛇運(yùn)動的速度，由此開始游戲。開始游戲時，蛇首先向指定方向運(yùn)動，再通過按鍵控制蛇的運(yùn)動方向以及游戲的暫停與開始。如果蛇吃到食物，則蛇身增長;如果蛇碰到自身和墻壁，則游戲結(jié)束，通過觸屏按鍵重新開始游戲。游戲的總流程圖如圖2所示。

2.2 優(yōu)先級任務(wù)設(shè)計

在μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)下，軟件設(shè)計要分不同任務(wù)進(jìn)行設(shè)計，且每個任務(wù)按各自優(yōu)先級高低順序執(zhí)行，任務(wù)之間通過信號量及消息郵箱進(jìn)行通信。

此次設(shè)計主要創(chuàng)建三個不同優(yōu)先級別的任務(wù)：LED任務(wù)（led_task）、觸摸屏任務(wù)（touch_tesk）、貪吃蛇任務(wù)（snake_task）。優(yōu)先級的順序為touch_tesk>snake_task>led_tesk。即開始游戲就執(zhí)行貪吃蛇任務(wù)，如果屏幕掃描到有觸摸按鍵按下，就發(fā)送觸摸事件消息到郵箱;此時，游戲任務(wù)從郵箱中獲取消息，開始執(zhí)行游戲任務(wù)。

優(yōu)先級任務(wù)設(shè)計流程圖如圖3所示。

2.3 游戲顯示任務(wù)設(shè)計

設(shè)計的主要思路為，將屏幕界面分為按鍵控制模塊和游戲界面模塊，初始頁面使用LCD的畫鍵盤功能設(shè)計游戲等級，選擇等級后清屏進(jìn)入游戲界面。游戲界面將屏幕分成720個小方塊，即地圖上有720個點，每個點的數(shù)值代表0位空地，大于0為蛇身，-1為食物。一開始設(shè)定所有的點都為0，利用RTC時鐘隨機(jī)將一個點的數(shù)值設(shè)為-1，再將連續(xù)3個點分別置1、2、3代表蛇身，這就是貪吃蛇的初始長度，之后蛇身數(shù)值增長，因此蛇身的數(shù)值都是大于1的。

2.4 蛇身運(yùn)動設(shè)計

根據(jù)輸入的鍵位值來確定蛇的方向。蛇的運(yùn)動方式為柔體傳動，即蛇身的位置不變，蛇頭向相應(yīng)的方向前進(jìn)，蛇尾相對于上一次響應(yīng)減少一個方塊，而不是輸入某一個方向后整體向同一個方向移動。

因此，在設(shè)計時要定義一個數(shù)組map[i]，用來儲存蛇身的數(shù)據(jù)，用LCD寫入顏色的功能將這個數(shù)組涂上貪吃蛇的顏色。定義蛇尾為1，蛇頭每前進(jìn)一步，len增長，map值自加，向前的格子涂上蛇身顏色。同時，通過坐標(biāo)檢測確定蛇并沒有吃到食物，此時使用len自減。這樣，貪吃蛇的總長度就沒有發(fā)生變化。將map=1的格子涂上白色，即去掉蛇尾，再將map自減，完成蛇的一次向前運(yùn)動。同理，如果蛇吃到了食物，則將食物涂為蛇身顏色，此時len增長，map增長，且將不做自減。此時，蛇再進(jìn)行向前運(yùn)動。

具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)如下。

2.4.1 判斷蛇的移動方向

初始時將cl定義為蛇的運(yùn)動方向，當(dāng)觸屏任務(wù)將發(fā)送指令時，蛇頭向相應(yīng)位置的坐標(biāo)增加，即蛇向相應(yīng)的方向移動。在運(yùn)動過程中，如果輸入的運(yùn)動方向與貪吃蛇正在運(yùn)動的運(yùn)動方向相反，則會發(fā)生反向運(yùn)動。為了避免反向運(yùn)動造成程序運(yùn)行錯誤，需要判定運(yùn)動方向不為指令方向的反方向。

2.4.2 判斷蛇是否吃到食物

根據(jù)蛇頭的坐標(biāo)與食物的坐標(biāo)是否相等，來判斷蛇是否吃到食物。如果吃到食物，則蛇的長度和游戲分?jǐn)?shù)均加1，并執(zhí)行RTC時鐘指令，出現(xiàn)下一個食物。吃掉食物后，蛇的關(guān)節(jié)數(shù)加1，并根據(jù)蛇的移動重新畫出蛇的身體。

2.5 結(jié)束任務(wù)設(shè)計

根據(jù)設(shè)定的游戲區(qū)域范圍，如果蛇頭的坐標(biāo)超過該范圍，即相當(dāng)于蛇撞墻死掉，游戲結(jié)束;當(dāng)蛇長超過3的時候，就有可能與自身相撞，判斷當(dāng)蛇頭的坐標(biāo)與蛇身體的任一坐標(biāo)相等時，蛇就死掉，游戲結(jié)束。判斷如果蛇的sh.x和sh.y在設(shè)定的區(qū)域外或map[sh.y * 30 + sh.x]大于1，則說明蛇死掉，就觸發(fā)游戲結(jié)束。

蛇死掉后，游戲任務(wù)觸發(fā)信號量，開啟時鐘延時。此時，游戲結(jié)束任務(wù)獲取信號量，開始執(zhí)行游戲結(jié)束任務(wù)，即在LCD顯示屏上顯示“GAME OVER！”和“RESET”按鍵。點擊“RESET”按鍵，可以重新回到游戲頁面。

3 結(jié)語

本次設(shè)計實現(xiàn)了貪吃蛇游戲的基本功能：游戲開始時，通過方向鍵控制貪吃蛇的運(yùn)動方向;當(dāng)貪吃蛇吃到隨機(jī)出現(xiàn)的食物時蛇身增長，當(dāng)蛇碰到墻壁或者自身時，蛇死亡，游戲結(jié)束。并且在按鍵、吃到食物以及貪吃蛇死亡時配合不同音效，同時游戲有三個可調(diào)節(jié)的難度供選擇

參考文獻(xiàn)

[1] 劉曉崢.淺析基于J2ME平臺的貪吃蛇游戲開發(fā)[J].科技視界，2013（17）：38-39.