一、产品简介

该项目使用51单片机复刻了经典的小霸王游戏机，借用了原游戏机的外壳，屏幕，按键，扬声器，实现了俄罗斯方块的功能。另外升级了原游戏记机的电源系统，采用锂电池供电，TypeC接口充电，更符合当今社会的使用习惯。该项目最大的亮点是使用了原游戏的的屏幕，能够开发出原汁原味的游戏。整个产品的核心部件如下图所示：

二、应用场景

该产品对于小学生来说有点儿幼稚，对于大学生来说刚刚好 ~~~

可以作为电子爱好者的日常玩具，也能作为游戏的开发设备，锻炼简易游戏开发思维。

三、产品概述

该产品是使用现代常用的MCU复刻的童年经典游戏机，主要用于电子爱好者锻炼编程思维，提高初学者对电子，对编程的兴趣。

四、产品参数

主控芯片 ：STC8H8K64

运行频率 ：30 MHz

Flash Size : 64KB

RAM Size : 8KB

屏幕分辨率 ：10 * 20

按键数量 ： 9

电池容量： 400 mAh

充电接口：TypeC

PCB层数：2层

PCB尺寸：7.04cm * 5.71cm

充电电压：5V

游戏数量：1(可自己开发游戏)

五、使用说明

在关机状态下，长按开关机键2S即可开机，开机后即进入俄罗斯方块游戏界面。

左右方向键：控制方块左右移动

上方向键 ：游戏暂停

下方向键：方块加速下落到底部

大圆键：方块旋转

开机状态下，轻触开关机键即可关机。

设备的开关机按键是固定的，其他按键都可以通过修改代码自定义功能

六、备注

6.1 成本预算：

原游戏机：8.3￥

STC8H8K64：3￥

CH340N：1.5￥

电池：4￥

PCB&SMT：10￥

6.2 开发方式

集成开发环境：Keil5

编程语言：C

烧录软件：STC-ISP

烧录工具：板载USB转串口

6.3 烧录方式

该设备使用STC原厂提供的烧录软件STC-ISP进行烧录，最新版本的烧录软件可从STC官网下载。烧录配置参数如下图所示：

游戏机的开关机是通过软硬件配合实现的，在关机状态下，长按开机键1S设备即可开机，在开机状态下，轻触开机键即可关机。

烧录固件时需要先配置好上述参数，将游戏机关机，点击【下载/编程】按钮，按住游戏机开机键不放，直到烧录完成。

6.4 附件中包含的内容

1. 位号图

2. 源代码

3. 测试固件

4. 原理图源文件

七、演示视频

试玩游戏机

八、制作过程

8.1 游戏机挑选

首先是采购了若干台同类型的游戏机，从中挑选出了这款适合改装的型号。

然后对其进行拆解，分析其工作原理，这种游戏机几乎都采用专用的牛屎芯片，很难从芯片是获得信息。

8.2 驱动原理分析

通过仪器对电路板上的信号进行测量，可以发现按键就是高低电平的变化，蜂鸣器是PWM信号，这些分析起来相对来说还比较简单。

复杂的是LCD屏幕的驱动信号，这种类型的屏幕大多采用的是多电平扫描驱动，网上相关的资料也比较少，只能自己一点点去摸索。采用示波器分别查看这36个CD驱动引脚的波形，可以发现其电平形式大致分为两类，一类是如图所示的波形信号，规律性很强，共有4个电平段，分别是VCC，四分之三VCC，四分之一VCC和GND。另一类是相对无规律的波形信号，共有三个电平段，分别是VCC，二分之一VCC和GND。

结合网上查阅到的零散资料，有规律的信号是COM引脚，无规律的信号是SEG引脚。简单来时就是COM控制当前屏幕扫描的哪一列，SEG引脚控制当前屏幕扫描那一行。

8.3 LCD 驱动电路的实现

搞清楚的LCD驱动的型号形式，接下来的难点是如何使用单片机的引脚产生这样的信号。普通的单片机引脚只有高低两种电平，要想产生上述信号，可以借助电阻分压来实现。

对于SEG信号，只需要使用一个单片机引脚和两个10K电阻即可，如图所示，当单片机引脚A输出低电平时，SEG端的电压为GND，当单片机的引脚悬空时，SEG端的电压为二分之一VCC，当单片机引脚A输出高电平时，SEG端电压为VCC。

COM信号的实现稍微复杂一些，需要使用两个单片机引脚和三个电阻，连接方式如图所示，电阻阻值分别是9K，3K和24K。当单片机引脚A悬空，引脚B输出低电平时，COM端的电压为GND，当单片机引脚A和B都悬空时，COM端的电压为四分之一VCC，当单片机引脚B悬空，引脚A输出高电平时，COM端的电压为1四分之三VCC，当单片机引脚A悬空，引脚B输出高电平时，COM端的电压为VCC。

8.4 原理图设计

有了上述的理论基础，接下来就可以设计电路图了。LCD屏幕上一共有10个COM引脚和26个SEG引脚，所以采用上述方式驱动LCD一共需要46个单片机引脚。本项目采用了LQFP封装的51单片机STC8H8K64，一共有60个可用的IO口，恰好能满足该项目的需求。LCD驱动电路采用了庞大的电阻网络，其次还给整个系统添加额USB转串口，锂电池充电，单键开关机等功能电路。

原理图PDF及源文件可从附件中下载！！！

8.5 PCB 设计

设计完原理图后，拆下原有游戏机的电路板，测量外框尺寸，以及螺丝孔，按键的位置，确定我们要设计的PCB的形状。

布线还算简单，基本上就是体力活，设计完成的PCB渲染图如下所示：

PCB设计好之后拿到嘉立创下单打样，并且进行STM贴片。贴片的时候为了节省费用，我这里只贴了立创基础库里面的元器件，剩下的元器件就拿回来自己手焊。下图是焊接好的PCB正反面：

8.6 LCD驱动程序设计

首先是LCD的驱动程序，采用定时器，2mS扫描一个COM引脚，同时将要显示的数据放到SEG引脚上。10个COM引脚扫描一遍需要20mS，所以屏幕刷新率为50Hz。

8.7 蜂鸣器驱动程序设计

采用定时器配合GPIO引脚产生方波驱动蜂鸣器。首先根据要播放的音符的频率，计算定时器的参数，将其内置到数组中，然后制定音乐数据的格式。

本项目中一共内置了16个音高，16阶时值。音乐数据中每个音符用一个字节表示，比如0x47，高四位的4表示音高为587Hz(中音2)，低字节的7表示时值为（7 + 1) * 16分音符，即二分音符。

8.8 俄罗斯方块游戏设计

驱动完成后就可以编写游戏了，由于时间有限，我这里只实现了俄罗斯方块的游戏，具体的实现过程是先对游戏中出现的方块进行分类，将各个放款及其旋转镜像的变形都转换成二进制数据，然后在程序里面通过定时器控制方块的下落，同时对方块的旋转，左右移动进行处理。最后当方块下降到最底部时，检查时候有完整的行，如果有，则将其消除，然后随机生成下一个方块，循环往复。

详细的代码请参考附件！！！

其实游戏的逻辑相比于很多程序都要复杂很多，尝试自己独立实现一款游戏对编程思维的提升有很大的帮助。早在我读书的时候就尝试实现过俄罗斯方块的游戏，当时实验是的老师看到后批评我不务正业，后来就不了了之了。现在我有延续之前的工作，把这个游戏给完成了，并且使用的还是入门较简单的51单片机，就是希望能够激起同学们对电子，对编程的兴趣，参考我这个设计，自己尝试实现一个坦克大战，贪吃蛇之类的游戏，相信对你们的成长会有比较大的帮助。