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【仿真与实物设计】基于51单片机设计的打地鼠游戏机——程序源码原理图proteus仿真图PCB设计文档演示视频元件清单等（文末工程资料下载）

news 来源：原创 2024/9/20 10:59:16

基于51单片机设计的打地鼠游戏机

演示视频：

基于51单片机设计的打地鼠游戏机

功能描述：使用 51单片机为核心制作一个打地鼠游戏机。按下启动开关，8盏LED流水点亮并闪烁2次，随即开始播放游戏音乐，直到开始选择模式。选择的模式在数码管上显示，该游戏机共有两个模式，分别是闯关模式和无尽模式。闯关模式共3关，每通过一关，蜂鸣器就播放一小段音乐以示鼓励，完成闯关后继续播放游戏音乐;无尽模式，顾名思义没有尽头，但显示的最高分为999分。单片机随机生成一个0~6的随机整数到 LED，以表示地鼠冒头。在1秒内按下对应的按钮，即可得1分，蜂鸣器响一声提示;若超时或按错则扣2分，蜂鸣器响两声提示。初始分数为 10分，若分数低于0分则游戏结束。当前分数显示在数码管的后2位，第一位显示的是当前模式。

摘要

本设计使用AT89S51单片机为核心，设计并实现了一款经典的打地鼠游戏机。系统主要由LED显示模块、蜂鸣器音效模块、按键输入模块、数码管显示模块等硬件组成，并通过单片机的程序控制，实现了游戏的启动、模式选择、随机地鼠生成、按键响应和分数显示等功能。通过此次设计，学生不仅掌握了单片机的基础知识，还深入理解了电子电路的设计与调试。系统通过仿真与实物测试，验证了设计的有效性与稳定性。

关键词: AT89S51，打地鼠游戏机，单片机，LED显示，数码管

摘要

第一章绪论

1.1 课题背景

1.2 研究现状

1.3 设计目标

1.4 论文结构

第二章系统总体设计

2.1 设计思路

2.2 功能模块划分

第三章硬件设计

3.1 系统硬件结构

3.2 关键元件选型

3.3 硬件电路设计

3.3.1 主控电路设计

3.3.2 LED显示电路设计

第四章软件设计

4.1 软件功能描述

4.2 主程序流程设计

4.2.1 主程序代码框架

4.3 各子程序模块设计

4.3.1 系统初始化

4.3.2 随机数生成与地鼠位置控制

4.3.3 按键输入检测

4.3.4 分数计算与显示

4.4 游戏模式设计

4.4.1 闯关模式

4.4.2 无尽模式

4.5 按键消抖处理

第五章仿真与调试

5.1 仿真环境搭建

5.2 功能模块仿真测试

5.2.1 LED显示仿真测试

5.2.2 数码管显示仿真测试

5.2.3 按键输入仿真测试

第六章总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

程序源码&原理图&proteus仿真图&PCB&设计文档&演示视频&元件清单等

资料下载链接：

第一章绪论

1.1 课题背景

随着单片机技术的迅速发展，基于单片机的电子产品在日常生活中得到了广泛应用，特别是在智能家居、自动化控制以及娱乐设备中，单片机技术的应用越来越普及。本项目基于AT89S51单片机，设计并实现了一款打地鼠游戏机，旨在通过简易的硬件与软件设计，完成一款具备娱乐功能的电子产品。

打地鼠游戏机是一款经典的娱乐设备，玩家通过快速按下按键，模拟捕捉从随机位置冒出的地鼠。此类游戏不仅能够考验玩家的反应速度和手眼协调能力，还能够作为单片机开发的实践项目，帮助初学者掌握单片机的基本原理和应用技能。

1.2 研究现状

在现今的市场上，基于单片机的娱乐设备越来越多，其中打地鼠类游戏因其简单有趣的特点，在各类娱乐设备中占有一席之地。尽管市场上已有一些成熟的打地鼠产品，但它们大多采用复杂的集成电路或专用控制芯片，而本项目则通过较为简易的AT89S51单片机来实现该游戏的基本功能，以便于学习与实践。

1.3 设计目标

本次课程设计的主要目标是利用AT89S51单片机作为核心控制器，设计一个具备闯关模式和无尽模式的打地鼠游戏机。游戏机需具备以下功能：

启动与模式选择：按下启动开关，LED灯流水点亮并闪烁2次，播放游戏音乐并开始模式选择。
闯关模式：共有3关，每通过一关，蜂鸣器播放提示音。完成闯关后继续播放游戏音乐。
无尽模式：无限次游戏，最高分为999分。
随机生成地鼠：单片机随机生成0~6的整数，表示LED灯对应的地鼠冒头。玩家需在1秒内按下对应按钮。
分数计算：按对加分，按错或超时扣分，初始分数为10分，分数低于0分时游戏结束。
分数显示与模式指示：当前分数和游戏模式显示在数码管上。

1.4 论文结构

论文将按照以下结构进行详细讨论：

第一章绪论：介绍课题背景、研究现状以及设计目标。
第二章系统总体设计：概述系统的整体设计思路和功能模块划分。
第三章硬件设计：详细介绍系统的硬件组成部分，包括各个模块的电路设计。
第四章软件设计：描述系统的软件实现，包括主程序、子程序以及各功能模块的逻辑设计。
第五章仿真与调试：进行系统的仿真测试与调试，验证设计的有效性。
第六章总结与展望：总结设计的成果，并对未来的改进方向进行展望。

第二章系统总体设计

2.1 设计思路

打地鼠游戏机系统的设计主要分为硬件和软件两大部分。硬件部分包括单片机主控电路、LED显示模块、蜂鸣器音效模块、按键输入模块及电源管理模块。软件部分则负责系统的整体逻辑控制，包括游戏的启动、模式选择、随机数生成、按键响应及分数管理。

本系统的设计以模块化为原则，硬件与软件各模块之间通过接口进行连接，方便日后扩展和维护。系统的核心控制器采用AT89S51单片机，通过编程实现对硬件的控制。

2.2 功能模块划分

整个系统按照功能划分为以下几个模块：

主控模块：由AT89S51单片机构成，负责控制整个游戏的流程，包括模式选择、分数计算、时间控制等功能。
显示模块：包括LED显示和数码管显示。LED用于显示地鼠的位置，数码管用于显示当前得分和游戏模式。
按键输入模块：提供玩家的输入接口，玩家通过按键捕捉地鼠，按键输入通过单片机的I/O端口进行检测。
蜂鸣器音效模块：用于在玩家按键成功或失败时提供音效提示，增强游戏的趣味性。
电源管理模块：为系统提供稳定的工作电压，确保各模块的正常运行。

第三章硬件设计

原理图如下

PCB如下

3.1 系统硬件结构

本系统的硬件部分由以下几个主要模块组成：

AT89S51单片机：作为系统的核心控制单元，负责控制整个游戏的流程。
LED显示模块：由8个LED灯组成，显示地鼠的位置。
数码管显示模块：用于显示游戏分数和当前模式。
按键模块：包括7个按键，对应地鼠的7个位置，用于玩家输入。
蜂鸣器模块：用于播放音效，提示玩家当前操作的成功或失败。
电源模块：提供稳定的电源电压，保障系统正常运行。

3.2 关键元件选型

根据元件清单，本系统的关键元件选型如下：

AT89S51单片机：选择AT89S51单片机作为主控芯片，因其成本低廉，性能稳定，适合于本项目的需求。
LED灯：选用常规的5mm红色LED灯，用于地鼠位置的显示。
数码管：采用共阳极数码管，用于显示当前的游戏分数和模式。
按键：使用标准轻触开关，方便用户操作。
蜂鸣器：选择小型有源蜂鸣器，方便安装且音效清晰。
电源模块：选用7805稳压电源模块，提供5V稳定电压供给系统。

3.3 硬件电路设计

硬件电路设计包括主控电路、显示电路、按键电路和音效电路。各部分电路通过接口连接在一起，形成完整的系统硬件结构。

3.3.1 主控电路设计

主控电路以AT89S51单片机为核心，包括晶振电路、复位电路、I/O接口等。

           +--------------------+|   AT89S51           || +---------------+  || | P1.0-P1.7     |  || +---------------+  || | XTAL1, XTAL2  |  || +---------------+  || | RST           |  |+--------------------+

3.3.2 LED显示电路设计

LED显示电路由8个LED灯组成，每个LED灯通过一个限流电阻连接到单片机的I/O端口。

           +--------+| LED1   ||        |+--------+| R = 330Ω ||        |+--------+ | P1.0   |  +--------+  -> AT89S51|        |

第四章软件设计

4.1 软件功能描述

本系统的软件设计包括游戏启动、模式选择、随机地鼠生成、按键响应和分数计算等功能。软件部分的核心在于如何通过程序控制各个硬件模块

4.2 主程序流程设计

主程序的设计思路是通过一个主循环来不断监控按键输入、随机生成地鼠位置、控制LED显示、检测玩家的按键响应，并根据玩家的操作进行分数计算和游戏状态的切换。

主程序的基本流程如下：

初始化系统：包括单片机初始化、LED和数码管显示初始化、蜂鸣器初始化等。通过初始化使各个模块准备就绪。
游戏启动：按下启动按键后，LED流水点亮2次，并播放启动音乐，同时进入模式选择界面。
模式选择：通过按键选择闯关模式或无尽模式，数码管显示当前模式。
游戏循环：
- 随机生成地鼠位置并点亮相应的LED。
- 检测玩家的按键输入，判断是否按对地鼠位置。
- 计算得分或扣分，更新数码管显示。
- 在闯关模式下，根据分数判断是否通过当前关卡；在无尽模式下持续游戏。
游戏结束：当分数低于0时，游戏结束，蜂鸣器播放结束音效，数码管显示“End”。

4.2.1 主程序代码框架

#include <reg51.h>void main() {SystemInit();  // 系统初始化while (1) {GameStart();  // 游戏启动及模式选择while (GameRunning()) {  // 游戏主循环GenerateRandomMole();  // 生成随机地鼠位置CheckInput();  // 检测玩家按键UpdateScore();  // 更新分数}GameOver();  // 游戏结束处理}
}

4.3 各子程序模块设计

4.3.1 系统初始化

系统初始化函数负责配置单片机的工作状态，初始化LED、数码管、按键、蜂鸣器等模块，为游戏运行做好准备。

void SystemInit() {P1 = 0x00;  // LED初始化P2 = 0xFF;  // 按键初始化InitBuzzer();  // 蜂鸣器初始化InitTimer();  // 定时器初始化
}

4.3.2 随机数生成与地鼠位置控制

单片机通过定时器和随机数生成算法，生成一个0到6之间的随机数，表示地鼠的位置。根据随机数点亮对应的LED，提示玩家该地鼠的位置。

void GenerateRandomMole() {unsigned char rand_num = GetRandomNumber() % 7;LightUpLED(rand_num);  // 点亮对应的LED
}

4.3.3 按键输入检测

在游戏过程中，玩家通过按键输入来捕捉地鼠。按键检测模块会定时扫描各个按键的状态，并与当前地鼠的位置进行对比，判断玩家是否按对。

void CheckInput() {if (P2 == 0xFE) {  // 假设按键0被按下if (current_mole == 0) {score++;  // 按对加分Beep(1);  // 蜂鸣器提示} else {score -= 2;  // 按错扣分Beep(2);  // 蜂鸣器提示两声}}// 其他按键检测逻辑
}

4.3.4 分数计算与显示

分数由初始的10分开始，按对加1分，按错或超时扣2分。当分数低于0时，游戏结束。分数通过数码管实时显示。

void UpdateScore() {DisplayScoreOn7Seg(score);  // 数码管显示当前分数
}

4.4 游戏模式设计

本游戏设计有两种模式：闯关模式和无尽模式。玩家在启动游戏时可以通过按键选择模式，系统根据选择的模式切换相应的游戏逻辑。

4.4.1 闯关模式

闯关模式包含3个关卡，每关都有不同的时间限制或难度。玩家通过每一关时，蜂鸣器播放提示音，并进入下一关。通过所有关卡后，游戏结束并显示“胜利”。

void PlayStageMode() {for (int stage = 1; stage <= 3; stage++) {while (current_stage_score < target_score[stage]) {GenerateRandomMole();CheckInput();UpdateScore();}Beep(1);  // 通过关卡提示音}
}

4.4.2 无尽模式

无尽模式没有关卡限制，玩家可以持续游戏，直到分数低于0。最高分为999分，当分数达到上限时，游戏会自动提示并停止计分。

void PlayEndlessMode() {while (score >= 0 && score <= 999) {GenerateRandomMole();CheckInput();UpdateScore();}
}

4.5 按键消抖处理

为了避免按键抖动造成的误操作，程序加入了按键消抖处理，确保每次按键输入的稳定性。

void KeyDebounce() {static unsigned char key_state = 0xFF;static unsigned char key_last_state = 0xFF;key_state = P2;  // 读取按键状态if (key_state != key_last_state) {delay_ms(10);  // 延时消抖key_last_state = key_state;}
}