使用STM32F103ZE开发贪吃蛇游戏

目录

前言

一、设置FreeROTS用户任务

        （1）事件event任务

        （2）按键输入方向控制任务

        （3）果实食物任务

        （4）显示任务函数

        （3）开始任务

二、主函数

三、ADC采样

四、效果展示

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前言

        网络上贪吃蛇游戏的开源资料已经很丰富了，但是详细讲解代码的很少，所以我打算取之开源，回馈于开源，帮助大家能够更好的完成这款很经典的游戏项目。

        为了能够更好的实时处理贪吃蛇的各项任务，如：贪吃蛇任务，果实任务，显示任务等；所以对原始代码上了FreeROTS操作系统。

        这里我就不详细介绍FreeROTS操作系统了，以后我会单独出一期FreeROTS的文章，大家想了解的话，有一份《FreeROTS内核使用指南》可以详读。 

         如果大家英语好的话，推荐读英文版，会少一些翻译上的错误。

        实验平台：STM32F103ZE开发板，5个独立按键

独立按键与开发板连接：

KEYUP→F0

KEYDOWN→F1

KEYLEFT→F2

KEYRIGHT→F3

STOP→F4

        贪吃蛇项目概述：

        贪吃蛇也叫“移动的链表”，先将不同任务所需要的参数组成结构体，在用指针不断调用，还得用TFTLCD进行显示，可以参考我以前写过的博客：

学习记录：调用TFTLCD液晶屏_lcd_shownum_Bitter tea seeds的博客-CSDN博客

        废话不多说，代码（分析）来一波。

一、设置FreeROTS用户任务

        一个任务就是一个线程，由于操作系统管理不同的任务，不同的任务分配在不同的内存块中，所以一开始要给不同的任务设置优先级并为他们分配堆栈空间。被挂起的任务被送回堆栈，就绪任务和运行任务从栈中恢复被送入寄存器。

#ifndef __MY_TASK_H
#define __MY_TASK_H	     
#include "FreeRTOS.h"	 
#include "task.h"//用户任务//任务优先级#define EVENT_TASK_PRIO		7//任务堆栈大小	#define EVENT_STK_SIZE 		128//任务句柄TaskHandle_t EVENTTask_Handler;//任务函数void event_task(void *pvParameters);//任务优先级#define KEY_TASK_PRIO		6//任务堆栈大小	#define KEY_STK_SIZE 		128//任务句柄TaskHandle_t KEYTask_Handler;//任务函数void key_task(void *pvParameters);	//任务优先级#define APPLE_TASK_PRIO		5//任务堆栈大小	#define APPLE_STK_SIZE 		128  //任务句柄TaskHandle_t APPLETask_Handler;//任务函数void apple_task(void *pvParameters);//任务优先级#define SNAKE_TASK_PRIO		4//任务堆栈大小	#define SNAKE_STK_SIZE 		128  //任务句柄TaskHandle_t SNAKETask_Handler;//任务函数void snake_task(void *pvParameters);//任务优先级#define DISPLAY_TASK_PRIO		3//任务堆栈大小	#define DISPLAY_STK_SIZE 		128//任务句柄TaskHandle_t DISPLAYTask_Handler;//任务函数void display_task(void *pvParameters);	//任务优先级#define LED_TASK_PRIO		2//任务堆栈大小	#define LED_STK_SIZE 		128//任务句柄TaskHandle_t LEDTask_Handler;//任务函数void led_task(void *pvParameters);	//任务优先级#define START_TASK_PRIO		1//任务堆栈大小	#define START_STK_SIZE 		128  //任务句柄TaskHandle_t StartTask_Handler;//任务函数void start_task(void *pvParameters);#endif  

        （1）事件event任务

        这是最重要的任务，它负责数据处理，所以得等其他任务完成之后，才轮到它来执行，它的优先级最小，首先设置一个死循环，判断游戏是否正常运行，如果正常运行在判断游戏是否暂停，都没有我们则对按键进行检测，根据按键按下的情况对蛇头坐标进行更改，坐标根据TFTLCD分辨率进行设置，更改完蛇头坐标，对蛇尾坐标进行保存，在进行判断，如果坐标和果实坐标相同的话，蛇的长度加1，果实消失，使能食物函数生成食物，使能LCD进行显示，如果游戏结束，则返回游戏结束函数。

        怎么让蛇的移速随着时间的变化越来越快？

我们可以初始化蛇的速度变量为一个定值，然后通过除以蛇的移速设置延时函数，来控制事件任务执行时间的间隔，随着不断调用蛇的移速，定值不断变大，延时函数时间的间隔边长，任务处理的时间间隔变长，显示出来蛇的移速变快。

void event_task(void *pvParameters)
{while(1){if(event.GameSta==ON)//如果游戏正常则继续{if(event.Process==ON)//如果没有暂停则继续{switch(event.Direction)//检测按键情况,根据方向调整蛇头坐标{case UP:{snake.firsty-=1;if(snake.firsty>GAME_YPART-1){snake.firsty=GAME_YPART-1;}}break;case DOWN:{snake.firsty+=1;if(snake.firsty>GAME_YPART-1){snake.firsty=0;}}break;case LEFT:{snake.firstx-=1;if(snake.firstx>GAME_XPART-1){snake.firstx=GAME_XPART-1;}}break;case RIGHT:{snake.firstx+=1;if(snake.firstx>GAME_XPART-1){snake.firstx=0;}}break;}snake.lastx=snake_axis[0].x;//保存下蛇尾坐标snake.lasty=snake_axis[0].y;if(snake.firstx==apple.x&&snake.firsty==apple.y)//如果此时的坐标与食物坐标相同{event.AppleSta=OFF;	//食物被吃掉snake.energybuf+=apple.energy;//蛇的能量加一vTaskResume(APPLETask_Handler);	//使能生成食物函数		}vTaskResume(DISPLAYTask_Handler);	//使能显示函数			}}else GameOver();//如果游戏为结束状态则游戏结束delay_ms(1000/snake.speed);	//按照蛇的速度调整此核心数据处理函数的时间间隔	}
}

        （2）按键输入方向控制任务

        按键任务通过switch判断语句实现，需要注意的是，我们按的方向如果是蛇移动的方向的反方向，是不能响应的，因为蛇不能有两个脑袋吧？🐶然后就是从结构体中用指针调用参数使用。

void key_task(void *pvParameters)
{u8 key;while(1){key=KEY_PLAY_Scan(0);switch(key){case KEY_UP_PRES:{if(event.Direction!=DOWN)event.Direction=UP;}break;case KEY_DOWN_PRES:{if(event.Direction!=UP)event.Direction=DOWN;}break;case KEY_LEFT_PRES:{if(event.Direction!=RIGHT)event.Direction=LEFT;}break;case KEY_RIGHT_PRES:{if(event.Direction!=LEFT)event.Direction=RIGHT;}break;case KEY_PASS_PRES://按下切换暂停/继续状态{event.Process=!event.Process;}break;		}delay_ms(20);//每20ms响应一次}
}

        （3）果实食物任务

        首先，果实的分布是随机的，所以，通过STM32F1自带的一个ADC采样随机获得ADC的值作为果实，将模拟量转换为数字量，如果在上位机上编写的话，可以使用时间戳来作为随机值。

        得到随机果实的坐标之后，我们还要保证食物的坐标不能出现在蛇的身上。蛇的坐标也是通过LCD分辨率来进行设置的。

void apple_task(void *pvParameters)
{u16 flag,i;while(1){flag=1;while(flag){flag=0;apple.x=Get_Rand()%(u16)(GAME_XPART);apple.y=Get_Rand()%(u16)(GAME_YPART);for(i=0;i<snake.length;i++) {if(snake_axis[i].x==apple.x&&snake_axis[i].y==apple.y){flag++;}}}Display(apple.x,apple.y,RED);vTaskSuspend(APPLETask_Handler);	}
}

        （4）显示任务函数

        对此任务，我们首先得知道自己的LCD型号id然后根据自己LCD的型号进行驱动程序的编写。它的任务是显示出来蛇的身子。

        Display显示出蛇头，如果果实坐标与蛇头坐标相同，蛇身长度+1，速度+1，然后更新蛇头坐标，保存蛇尾坐标，期间检查蛇头有没有碰到自己，遍历蛇身坐标是否与蛇头坐标相同，如果碰到了，游戏结束。

void display_task(void *pvParameters)
{u16 i;while(1){Display(snake.firstx,snake.firsty,RED);//显示蛇头if(snake.energybuf==0) {Display(snake.lastx,snake.lasty,WHITE);for(i=0;i<snake.length-1;i++){snake_axis[i].x=snake_axis[i+1].x;snake_axis[i].y=snake_axis[i+1].y;}	}else //如果吃到了食物{snake.energybuf--;snake.length++; 
//			if(snake.length%2==0)snake.speed++;snake.speed++; }	snake_axis[snake.length-1].x=snake.firstx;snake_axis[snake.length-1].y=snake.firsty;for(i=0;i<snake.length-1;i++){if(snake_axis[i].x==snake.firstx&&snake_axis[i].y==snake.firsty){event.GameSta=OFF; }}vTaskSuspend(DISPLAYTask_Handler);}
}

        （3）开始任务

        使用操作系统，线程进入临界区，为了处理临界区的代码，需要关闭线程中断，处理完毕后在开启中断，这是为了避免同时有其他任务或中断服务ISR进入临界区代码。

void start_task(void *pvParameters)
{taskENTER_CRITICAL();           xTaskCreate((TaskFunction_t )snake_task,     	(const char*    )"snake_task",   	(uint16_t       )SNAKE_STK_SIZE, (void*          )NULL,				(UBaseType_t    )SNAKE_TASK_PRIO,	(TaskHandle_t*  )&SNAKETask_Handler);   //创建食物任务xTaskCreate((TaskFunction_t )apple_task,     (const char*    )"apple_task",   (uint16_t       )APPLE_STK_SIZE, (void*          )NULL,(UBaseType_t    )APPLE_TASK_PRIO,(TaskHandle_t*  )&APPLETask_Handler);        //创建事件任务xTaskCreate((TaskFunction_t )event_task,     (const char*    )"event_task",   (uint16_t       )EVENT_STK_SIZE, (void*          )NULL,(UBaseType_t    )EVENT_TASK_PRIO,(TaskHandle_t*  )&EVENTTask_Handler);  //创建显示任务xTaskCreate((TaskFunction_t )display_task,     (const char*    )"display_task",   (uint16_t       )DISPLAY_STK_SIZE, (void*          )NULL,(UBaseType_t    )DISPLAY_TASK_PRIO,(TaskHandle_t*  )&DISPLAYTask_Handler);  //创建闪烁任务xTaskCreate((TaskFunction_t )led_task,     (const char*    )"led_task",   (uint16_t       )LED_STK_SIZE, (void*          )NULL,(UBaseType_t    )LED_TASK_PRIO,(TaskHandle_t*  )&LEDTask_Handler);  //创建输入任务xTaskCreate((TaskFunction_t )key_task,     (const char*    )"key_task",   (uint16_t       )KEY_STK_SIZE, (void*          )NULL,(UBaseType_t    )KEY_TASK_PRIO,(TaskHandle_t*  )&KEYTask_Handler);  vTaskDelete(StartTask_Handler); taskEXIT_CRITICAL();  
}

二、主函数

        操作系统与裸机开发的一个区别就是，少了那个while（1）死循环，改成了任务调度

int main(void){	 delay_init();	    	 	  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);	 Rand_Adc_Init();uart_init(115200);	LED_Init();			  KEY_PLAY_Init();	LCD_Init();DisplayInit();Snake_Init(&snake);Apple_Init(&apple);Event_Init(&event);xTaskCreate((TaskFunction_t )start_task,           (const char*    )"start_task",         (uint16_t       )START_STK_SIZE,        (void*          )NULL,                 (UBaseType_t    )START_TASK_PRIO,      (TaskHandle_t*  )&StartTask_Handler);          vTaskStartScheduler();        
}

三、ADC采样

ADC几个比较重要的参数：

（1）测量范围：测量范围对于 ADC 来说就好比尺子的量程，ADC 测量范围决定了你外接的设备其信号输出电压范围，不能超过 ADC 的测量范围（比如，STM32系列的 ADC 正常就不能超过3.3V）。

（2）分辨率：假如 ADC 的测量范围为 0-5V，分辨率设置为12位，那么我们能测出来的最小电压就是 5V除以 2 的 12 次方，也就是 5/4096=0.00122V。很明显，分辨率越高，采集到的信号越精确，所以分辨率是衡量 ADC 的一个重要指标。

（3）采样时间：当 ADC 在某时刻采集外部电压信号的时候，此时外部的信号应该保持不变，但实际上外部的信号是不停变化的。所以在 ADC 内部有一个保持电路，保持某一时刻的外部信号，这样 ADC 就可以稳定采集了，保持这个信号的时间就是采样时间。

（4）采样率：也就是在一秒的时间内采集多少次。很明显，采样率越高越好，当采样率不够的时候可能会丢失部分信息，所以 ADC 采样率是衡量 ADC 性能的另一个重要指标

#include "rand.h"//使用ADC产生16位随机数void  Rand_Adc_Init(void)
{ 	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1	, ENABLE );	  //使能ADC1通道时钟RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M//PA1 作为模拟通道输入引脚                         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		//模拟输入引脚GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	ADC_DeInit(ADC1);  //复位ADC1,将外设 ADC1 的全部寄存器重设为缺省值ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	//ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;	//模数转换工作在单通道模式ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;	//模数转换工作在单次转换模式ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//转换由软件而不是外部触发启动ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//ADC数据右对齐ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;	//顺序进行规则转换的ADC通道的数目ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);	//根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器   ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);	//使能指定的ADC1ADC_ResetCalibration(ADC1);	//使能复位校准  while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));	//等待复位校准结束ADC_StartCalibration(ADC1);	 //开启AD校准while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));	 //等待校准结束
}				  
//获得ADC值
//ch:通道值 0~3
u16 Get_Adc(u8 ch)   
{//设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_1Cycles5 );	//ADC1,ADC通道,采样时间为239.5周期	  			    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);		//使能指定的ADC1的软件转换启动功能	while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束return ADC_GetConversionValue(ADC1);	//返回最近一次ADC1规则组的转换结果
}u16 Get_Rand(void)
{u16 randnum=Get_Adc(ADC_Channel_1)&0x0001,i;for(i=0;i<15;i++){randnum<<=1;randnum+=Get_Adc(ADC_Channel_1)&0x0001;}return randnum;
} 	

四、效果展示

STM32精英开发板制作贪吃蛇游戏