基于51单片机的俄罗斯方块游戏

俄罗斯方块游戏算法请参考俄罗斯方块游戏的算法

1.概述
俄罗斯方块是一款风靡全球的益智游戏。它规则简单，容易上手，且游戏过程变化无穷，使用户在游戏中得到乐趣。
本设计是采用单片机来实现的智能俄罗斯方块游戏，该设计选用的处理器型号为AT89C51的单片机。重点从软件工程角度论述了俄罗斯方块模型构造，图形旋转，坐标变换，双人游戏中多任务实时操作的设计方法与实现。

2.硬件设计
总体电路图

硬件电路相对简单，主要为：

单片机最小系统
LCD12864显示屏电路
按键电路
系统电源

3.软件设计
（1）LCD12864显示屏驱动程序

#define LCD_DATA P2
sbit LCD_RS=P1^0;
sbit LCD_RW=P1^1;
sbit LCD_E=P1^2;
sbit LCD_CS2=P1^4;     //右屏选择（左右屏有时候相反）
sbit LCD_CS1=P1^3;     //左屏选择
sbit LCD_RST=P3^7;
struct
{unsigned char mode;//类型unsigned char shape;//形状unsigned char x;//x坐标unsigned char y;//y坐标unsigned int box;//定义方块缓存
}s_box; //定义方块结构体
//LCD检测忙状态函数
void LCD_check_busy()
{unsigned char temp;LCD_RS=0;LCD_RW=1;do{LCD_DATA=0xff;LCD_E=1;temp=LCD_DATA;LCD_E=0;}while((temp&0x80)==0x80);
}
//写指令代码（cs为0选左屏，cs为1选右屏）
void LCD_W_code(unsigned char tpcode,bit cs)
{LCD_RS=0;LCD_RW=0;LCD_CS2=~cs;LCD_CS1=cs;LCD_DATA=tpcode;LCD_E=1;_nop_();LCD_E=0;
}
//写显示数据（cs为0选左屏，cs为1选右屏）
void LCD_W_data(unsigned char tpdata,bit cs)
{LCD_check_busy();LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_CS2=~cs;LCD_CS1=cs; LCD_DATA=tpdata;LCD_E=1;  _nop_();LCD_E=0;
}//LCD初始化函数
void LCD_initialize()
{LCD_RST=0;_nop_();_nop_();LCD_RST=1;LCD_W_code(0x3f,0);      //开显示设置 LCD_W_code(0xc0,0);     //设置显示起始行为第一行   LCD_W_code(0xb8,0);     //页面地址设置    LCD_W_code(0x40,0);     //列地址设为0LCD_W_code(0x3f,1);LCD_W_code(0xc0,1);  LCD_W_code(0xb8,1);LCD_W_code(0x40,1);
}
//LCD清屏函数
void LCD_clear()
{unsigned char i,j;for(j=0;j<8;j++){LCD_W_code(0xb8+j,0);LCD_W_code(0x40,0);LCD_W_code(0xb8+j,1);LCD_W_code(0x40,1);for(i=0;i<64;i++){    LCD_W_data(0x00,0); LCD_W_data(0x00,1);}}
}
//LCD显示字符串函数（word表示要显示的字符串,//length表示要显示的字符串宽度,//x表示首字符所在行数,//y表示首字符所在列数）
void LCD_display_word(unsigned char word[],unsigned int length,unsigned char x,unsigned char y)
{unsigned char i;for(i=0;i<length;i++){LCD_W_code(0xb8+x,0);LCD_W_code(0xb8+x,1);if(y+i<64){LCD_W_code(0x40+y+i,0);   LCD_W_data(word[i],0);}else{LCD_W_code(y+i,1); LCD_W_data(word[i],1);}}
}
//LCD画全屏函数
void LCD_full_draw(unsigned char word[])
{unsigned char i,j;for(i=0;i<8;i++){LCD_W_code(0xb8+i,0);LCD_W_code(0x40,0); for(j=0;j<64;j++){LCD_W_data(word[i*128+j],0);}LCD_W_code(0xb8+i,1);LCD_W_code(0x40,1); for(j=0;j<64;j++){LCD_W_data(word[i*128+64+j],1);}          }
}
//LCD显示一个字节函数（//x表示x坐标,//y表示y坐标,//tpdata表示要显示的数据）
void LCD_display_byte(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char tpdata)
{if(x<64){LCD_W_code(0xb8+y,0);LCD_W_code(0x40+x,0);LCD_W_data(tpdata,0);  }else{LCD_W_code(0xb8+y,1);LCD_W_code(x,1);LCD_W_data(tpdata,1);   }
} void LCD_draw(unsigned char word[])
{unsigned char i,j;for(i=0;i<8;i++){LCD_W_code(0xb8+i,1);LCD_W_code(0x40+20,1);for(j=0;j<44;j++){LCD_W_data(word[i*44+j],1);}}
}
//基本界面显示函数
void display_basic()
{unsigned char i;for(i=0;i<8;i++){LCD_display_byte(GAME_LOCATION,i,0xff);LCD_display_byte(GAME_LOCATION+41,i,0xff);}
}
//刷新游戏区域函数
void refurbish_display()
{unsigned char i,j,tpdata;for(i=0;i<8;i++){for(j=0;j<10;j++){tpdata=0x00;if(  (Box_Ram[2*i]>>(12-j))&0x0001==1  ){tpdata=0x0f;}if(  (Box_Ram[2*i+1]>>(12-j))&0x0001==1  ){tpdata|=0xf0;}LCD_display_byte(GAME_LOCATION+1+j*4,i,tpdata);LCD_display_byte(GAME_LOCATION+2+j*4,i,0xbb&tpdata);LCD_display_byte(GAME_LOCATION+3+j*4,i,0xdd&tpdata);LCD_display_byte(GAME_LOCATION+4+j*4,i,tpdata);}}
}

（2）按键驱动程序

sbit button_a = P3^4;    //变形
sbit button_b = P3^5;  //开始
sbit up = P3^2;       //暂停开始
sbit down = P3^0;
sbit left = P3^1;
sbit right = P3^3;//基本按键程序(返回0表示没按键被按下，返回1表示down被按下，返回2表示up被按下，返回3表示button_a被按下,返回4表示left被按下,返回5表示right被按下)
//游戏中按键识别程序（有优先级，从高到低依次是button_a_reg>down>left>right>up）
unsigned char basic_button()
{unsigned char tpflag=0;if(button_b==0){if(button_b_reg<button_delay*8){button_b_reg++;}else{button_b_reg=0;tpflag=6;}}else{button_b_reg=button_delay*8;}if(down==0){if(down_reg<button_delay)//按键一直被按下时设置时间间隔触发{down_reg++;}else{down_reg=0;tpflag=1;//返回1表示down被按下}       }else{down_reg=button_delay;//释放按键时置按键缓存为button_delay，以便在下次按键时及时响应}if(up==0){if(up_reg<button_delay)//按键一直被按下时设置时间间隔触发{up_reg++;}else{up_reg=0;tpflag=2;//返回2表示up被按下}      }else{up_reg=button_delay;//释放按键时置按键缓存为button_delay，以便在下次按键时及时响应}if(button_a==0){if(button_a_reg<button_delay*8)//按键一直被按下时设置时间间隔触发{button_a_reg++;}else{button_a_reg=0;tpflag=3;//返回3表示button_a被按下}        }else{button_a_reg=button_delay*8;//释放按键时置按键缓存为button_delay，以便在下次按键时及时响应}if(left==0){if(left_reg<(button_delay))//按键一直被按下时设置时间间隔触发{left_reg++;}else{left_reg=left_acceleration*button_acceleration;if(left_acceleration<2)left_acceleration++;tpflag=4;//返回4表示left被按下}        }else{left_acceleration=0;left_reg=button_delay;//释放按键时置按键缓存为button_delay，以便在下次按键时及时响应}if(right==0){if(right_reg<(button_delay))//按键一直被按下时设置时间间隔触发{right_reg++;}else{right_reg=right_acceleration*button_acceleration;if(right_acceleration<2)right_acceleration++;tpflag=5;//返回5表示right被按下}     }else{right_acceleration=0;right_reg=button_delay;//释放按键时置按键缓存为button_delay，以便在下次按键时及时响应}return(tpflag);
}void game_button()
{switch(basic_button()){case 3: if(s_box.y!=0)//3表示button_a被按下{EA=0;//关中断，如果不关的话可能引起游戏显示混乱speaker=0;if(s_box.shape==3&&check_cover(s_box.x,s_box.y,box_read_data(s_box.mode,0))){s_box.shape=0;box_load();box_to_Box_Ram(s_box.x,s_box.y,box_read_data(s_box.mode,3));}else if(check_cover(s_box.x,s_box.y,box_read_data(s_box.mode,0))){  if(check_cover(s_box.x,s_box.y,box_read_data(s_box.mode,s_box.shape+1))){  s_box.shape++;box_load();box_to_Box_Ram(s_box.x,s_box.y,box_read_data(s_box.mode,s_box.shape-1));}}EA=1;//开中断speaker=1;}break;case 1: if(s_box.y!=0)//1表示down被按下{EA=0;//关中断，如果不关的话可能引起游戏显示混乱speaker=0;while(check_cover(s_box.x,s_box.y+1,s_box.box))//检测是否能下降，指导不能再下降为止{s_box.y++;box_to_Box_Ram(s_box.x,s_box.y-1,s_box.box);}destroy_row();box_build();box_load();// game_over_flag=check_game_over();//游戏结束标志位置1表示游戏结束//   next_box();box_to_Box_Ram(s_box.x,s_box.y,s_box.box);EA=1;//开中断speaker=1;}break;case 4: if(s_box.y!=0)//4表示left被按下{EA=0;//关中断，如果不关的话可能引起游戏显示混乱speaker=0;if(check_cover(s_box.x-1,s_box.y,s_box.box)){s_box.x--;box_to_Box_Ram(s_box.x+1,s_box.y,s_box.box);}EA=1;//开中断speaker=1;}break;case 5: if(s_box.y!=0)//5表示right被按下{EA=0;//关中断，如果不关的话可能引起游戏显示混乱speaker=0;if(check_cover(s_box.x+1,s_box.y,s_box.box)){s_box.x++;box_to_Box_Ram(s_box.x-1,s_box.y,s_box.box);}EA=1;//开中断speaker=1;}break;case 2: //2表示up被按下speaker=0;pause_game_flag=~pause_game_flag;//游戏暂停标志取反while(up==0);speaker=1;break;default:;}
}

（3）俄罗斯方块图形显示函数

//检查覆盖函数（检查此时带入的参数所确定的方块是否会覆盖原有图形，不会覆盖返回1，覆盖返回0）
bit check_cover(unsigned char tpx,unsigned char tpy,unsigned int tpbox)
{unsigned char i;bit tpflag=1;unsigned int temp;temp=s_box.box;for(i=0;i<4;i++){Box_Ram[3-i+s_box.y]&=(~((temp&0x000f)<<(9-s_box.x))); temp=temp>>4;}//先将现有的方块从游戏点阵缓存中删除temp=tpbox;for(i=0;i<4;i++){if((((temp&0x000f)<<(9-tpx))&Box_Ram[3-i+tpy])!=0x0000){tpflag=0;}temp=temp>>4;}//检查方块是否和原有图形重叠,重叠置标志位tpflag为0,不重叠不置标志位，即tpflag为1temp=s_box.box;for(i=0;i<4;i++){Box_Ram[3-i+s_box.y]|=((temp&0x000f)<<(9-s_box.x));temp=temp>>4;}//在游戏点阵缓存中恢复原有方块return(tpflag);
}
//方块缓存数据函数（输入方块类型和形状即可获得方块缓存数据）
unsigned int box_read_data(unsigned char tpmode,unsigned char tpshape)
{unsigned int tpbox;switch(tpmode){case 0: switch(tpshape){case 0: tpbox=0xf000;break;case 1: tpbox=0x4444;break;case 2: tpbox=0xf000;break;case 3: tpbox=0x4444;break;default:;}break; case 1: switch(tpshape){case 0: tpbox=0xe800;break;case 1: tpbox=0xc440;break;case 2: tpbox=0x2e00;break;case 3: tpbox=0x88c0;break;default:;}break;    case 2: switch(tpshape){case 0: tpbox=0xe200;break;case 1: tpbox=0x44c0;break;case 2: tpbox=0x8e00;break;case 3: tpbox=0xc880;break;default:;}break;    case 3: switch(tpshape){case 0: tpbox=0xcc00;break;case 1: tpbox=0xcc00;break;case 2: tpbox=0xcc00;break;case 3: tpbox=0xcc00;break;default:;}break;    case 4: switch(tpshape){case 0: tpbox=0xc600;break;case 1: tpbox=0x4c80;break;case 2: tpbox=0xc600;break;case 3: tpbox=0x4c80;break;default:;}break;    case 5: switch(tpshape){case 0: tpbox=0x6c00;break;case 1: tpbox=0x8c40;break;case 2: tpbox=0x6c00;break;case 3: tpbox=0x8c40;break;default:;}break;case 6: switch(tpshape){case 0: tpbox=0x4e00;break;case 1: tpbox=0x8c80;break;case 2: tpbox=0xe400;break;case 3: tpbox=0x4c40;break;default:;}break;default:;}return(tpbox);
}
//方块载入函数
void box_load()
{s_box.box=box_read_data(s_box.mode,s_box.shape);
}
//方块映射游戏点阵缓存函数（参数是原来方块的位置、缓存，先消去原有位置的方块）
void box_to_Box_Ram(unsigned char tpx,unsigned char tpy,unsigned int tpbox)
{unsigned char i;unsigned int temp;temp=tpbox;for(i=0;i<4;i++){Box_Ram[3-i+tpy]=Box_Ram[3-i+tpy]&(~((temp&0x000f)<<(9-tpx))); temp=temp>>4;}//从游戏点阵缓存中删除以前的方块temp=s_box.box;for(i=0;i<4;i++){Box_Ram[3-i+s_box.y]=((temp&0x000f)<<(9-s_box.x))|Box_Ram[3-i+s_box.y];temp=temp>>4;}//在游戏点阵缓存中加入新的方块
}
//显示数字函数（//x表示x坐标,//y表示y坐标,//tpdata表示要显示的数字）
//显示速度函数
void show_num(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char tpdata)
{unsigned char i;for(i=0;i<4;i++){LCD_display_byte(x+i,y,num_data[tpdata*4+i]); }
}
void show_speed_num(unsigned char x,unsigned char y)
{show_num(x,y,speed_num);
}
//显示得分函数
void show_score_num(unsigned char x,unsigned char y)
{show_num(x,y,destroy_row_num/10000);show_num(x+=5,y,(destroy_row_num%10000)/1000);show_num(x+=5,y,(destroy_row_num%1000)/100);show_num(x+=5,y,(destroy_row_num%100)/10);show_num(x+=5,y,destroy_row_num%10);
}
//消行函数
void destroy_row()
{unsigned char i,j=0;unsigned char tpflag[4]={0,0,0,0};//最多一次只能消四行，所以设置四个标志位即可,初值为0for(i=0;i<16;i++){if((Box_Ram[i]&0x3ffc)==0x3ffc){tpflag[j]=i+1;//tpflag为0表示不标志，1表示第0行缓存为0xffff，n表示第n+1行缓存为0xffffdestroy_row_num++;//消除的行数加一/*如不把Box_Ram[19]定义成idata类型的话加入这段代码显示数据区就溢出了*/if(destroy_row_num%30==0&&speed_num!=9){speed_num++;//消够三十行游戏速度加一show_speed_num(13,4);//调用显示游戏速度函数}/*如不把Box_Ram[19]定义成idata类型的话加入这段代码显示数据区就溢出了*/j++;if(j==4){break;}//检查完有四行要消除则退出检查循环}}//依次检测是否有行缓存为0xffff，如果是则标志tpflag为此行的行号for(j=0;j<4;j++){if(tpflag[j]!=0){for(i=tpflag[j]-1;i>0;i--){Box_Ram[i]=Box_Ram[i-1];Box_Ram[0]=0x2004;}}}//被标志的行依次被上一行所取代，即被消去show_score_num(3,1);
}
//显示下一个方块函数
void show_next_box()
{unsigned char i,tpdata;unsigned int temp;temp=box_read_data(next_mode,next_shape);for(i=0;i<4;i++){tpdata=0x00;if(  ((temp>>(15-i))&0x0001)==1  ){tpdata=0x0f;}if(  ((temp>>(11-i))&0x0001)==1  ){tpdata|=0xf0;}LCD_display_byte(7+i*4,6,tpdata);LCD_display_byte(8+i*4,6,0xbb&tpdata);LCD_display_byte(9+i*4,6,0xdd&tpdata);LCD_display_byte(10+i*4,6,tpdata);  tpdata=0x00;if(  ((temp>>(7-i))&0x0001)==1  ){tpdata=0x0f;}if(  ((temp>>(3-i))&0x0001)==1  ){tpdata|=0xf0;}LCD_display_byte(7+i*4,7,tpdata);LCD_display_byte(8+i*4,7,0xbb&tpdata);LCD_display_byte(9+i*4,7,0xdd&tpdata);LCD_display_byte(10+i*4,7,tpdata);       }
}
//方块生成函数
void box_build()
{s_box.mode=next_mode;s_box.shape=next_shape;s_box.x=3;s_box.y=0;next_mode=TL0%7;//产生随机数，但是是伪随机的next_shape=TL0%4;//产生随机数，但是是伪随机的show_next_box();//放到game_execute()函数中不知道为什么就是不正常显示
}//检查游戏结束函数（游戏结束返回1，游戏没有结束返回0）
bit check_game_over()
{unsigned char i;bit tpflag=0;unsigned int temp;temp=s_box.box;for(i=0;i<4;i++){if((((temp&0x000f)<<(9-s_box.x))&Box_Ram[3-i+s_box.y])!=0x0000){tpflag=1;}temp=temp>>4;}//检查新建方块是否和原有图形重叠,重叠置标志位tpflag为1,不重叠不置标志位，即tpflag为0return(tpflag);
}
//游戏执行函数（控制方块下落，检测是否到底，如果到底调用消行函数）
void game_execute()
{if(box_down_reg<20-(speed_num<<1)){                 box_down_reg++;}else{box_down_reg=0;if(check_cover(s_box.x,s_box.y+1,s_box.box)){s_box.y++;box_to_Box_Ram(s_box.x,s_box.y-1,s_box.box);}//检测是否还可以下降，如果还能下降则继续下降else{destroy_row();box_build();box_load();game_over_flag=check_game_over();//游戏结束标志位置1表示游戏结束box_to_Box_Ram(s_box.x,s_box.y,s_box.box);box_down_reg=(20-(speed_num<<1)-1);//为了使方块一出现就能变换形状，所以需要尽快使得方块下降一行，不知道为什么最高行不能变换形状}//如果不能下降则调用消行函数检查是否可以消行，之后重新建立方块}
}
//选择游戏速度函数
void select_speed()
{unsigned char i;bit tpflag=1;//置循环标志位为1LCD_clear();for(i=0;i<128;i++){LCD_display_byte(i,0,0xff);LCD_display_byte(i,7,0xff);}LCD_display_byte(60,4,0x7f);LCD_display_byte(59,4,0x3e);LCD_display_byte(58,4,0x1c);LCD_display_byte(57,4,0x08);LCD_display_byte(67,4,0x7f);LCD_display_byte(68,4,0x3e);LCD_display_byte(69,4,0x1c);LCD_display_byte(70,4,0x08);LCD_display_word(speed_data,24,3,52);show_speed_num(62,4);while(tpflag){switch(basic_button()){case 4: if(speed_num!=0){speaker=0;speed_num--;show_speed_num(62,4);speaker=1;}while(left==0);break;case 5: if(speed_num!=9){speaker=0;speed_num++;show_speed_num(62,4);speaker=1;}while(right==0);break;case 6: tpflag=0;speaker=0;while(button_b==0);speaker=1;break;default:;}}//选择游戏速度循环
}
//游戏开始显示画面
void game_start_show()
{bit tpflag=1;//置循环标志位为1LCD_full_draw(start_pic);while(tpflag){switch(basic_button()){case 6: tpflag=0;speaker=0;while(button_b==0);speaker=1;break;default:;}}//game_start_show循环
}
//游戏初始化函数
void game_initialize()
{box_down_reg=0;next_mode=6;next_shape=2;destroy_row_num=0;game_over_flag=0;pause_game_flag=0;LCD_clear();time0_reg=0;display_basic();   LCD_display_word(score_data,24,0,3);LCD_display_word(speed_data,24,3,3);show_score_num(3,1);show_speed_num(13,4);
}
//定时器0初始化函数
void time0_initialize()
{TMOD=0x03;//定时器0，16位工作方式TR0=1; //启动定时器ET0=1; //打开定时器0中断//默认中断优先级为低EA=1; //打开总中断
}
//俄罗斯方块游戏主函数
void Tetris_main()
{unsigned char i;for(i=0;i<19;i++){Box_Ram[i]=Box_Ram_data[i];};//载入游戏初始显示画面LCD_draw(mpic);game_over_flag=0;//游戏结束标志位置0表示游戏未结束box_build();box_load();
//  next_box();box_to_Box_Ram(s_box.x,s_box.y,s_box.box);box_down_reg=(20-(speed_num<<1)-1);//为了使方块一出现就能变换形状，所以需要尽快使得方块下降一行，不知道为什么最高行不能变换形状time0_initialize();while(!game_over_flag)//如果游戏结束标志位置1，表示游戏结束，打破循环，调用游戏结束画面显示函数{game_button();}EA=0;//游戏结束后关中断
}
//游戏结束画面显示函数
void game_over_show()
{unsigned char i;bit tpflag=1;//置循环标志位为1LCD_full_draw(over_pic);while(button_a==0);while(tpflag){switch(basic_button()){case 6: tpflag=0;speaker=0;while(button_b==0);speaker=1;break;default:;}}//game over画面循环LCD_clear();for(i=0;i<128;i++){LCD_display_byte(i,0,0xff);LCD_display_byte(i,7,0xff);}LCD_display_word(score_data,24,3,52);show_score_num(52,4);tpflag=1;while(tpflag){switch(basic_button()){case 6: tpflag=0;speaker=0;while(button_b==0);speaker=1;break;default:;}}//游戏得分显示循环
}

（4）主函数

void main()
{LCD_initialize();LCD_clear();while(1){game_start_show();select_speed();game_initialize();//调用游戏初始化函数，初始化游戏所有变量以及在液晶屏上显示基本的信息Tetris_main();game_over_show(); }
}

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