51单片机贪吃蛇游戏优化：数组刷新与硬件控制技巧详解

51单片机贪吃蛇游戏优化：数组刷新与硬件控制技巧详解

在嵌入式系统开发中，经典游戏《贪吃蛇》常常作为教学案例出现。然而，要在资源有限的51单片机上实现流畅的游戏体验，需要对硬件和软件进行精心设计和优化。本文将详细介绍如何利用51单片机和8X8LED点阵屏（MAX7219驱动），通过优化数组刷新等技术手段，实现一个高效、流畅的贪吃蛇游戏。

51单片机与8X8LED点阵屏连接

51单片机通过SPI总线与MAX7219驱动芯片通信，进而控制8X8LED点阵屏的显示。MAX7219的DIN、LOAD、CLK引脚分别连接到单片机的P1.0、P1.1、P1.2引脚。

MAX7219驱动芯片工作原理

MAX7219是一个串行输入/输出共阴极数码管（点阵）驱动芯片，可以驱动8位数码管或64个独立的LED。它具有自动扫描、BCD译码器、内部8X8静态RAM等功能。通过SPI总线进行通信，每次传输16位数据（8位地址+8位数据）。

数组在游戏中的作用

在贪吃蛇游戏中，数组主要用于存储蛇的身体坐标和游戏状态。例如，可以定义一个二维数组snake_body来存储蛇的每个身体单元的坐标：

u8 snake_body[20][2]; // 假设最大长度为20

定时器和中断函数的配置

为了实现游戏的实时性和响应速度，需要合理配置定时器和中断函数。例如，可以使用定时器0来控制游戏的刷新频率：

void InitTimer0(void)
{
    TMOD = 0x01; // 设置为模式1
    TH0 = 0x0D8; // 10ms定时
    TL0 = 0x0F0;
    EA = 1; // 开总中断
    ET0 = 1; // 开定时器0中断
    TR0 = 1; // 启动定时器
}

按键去抖动处理

在中断函数中处理按键输入，可以有效消除按键抖动：

void Key_Scan(void)
{
    static u8 key_last = 0;
    u8 key_now = P3; // 假设按键连接在P3口
    if (key_now != key_last)
    {
        key_last = key_now;
        if ((key_now & 0x01) == 0) snake_fx = 1; // 上
        if ((key_now & 0x02) == 0) snake_fx = 2; // 下
        if ((key_now & 0x04) == 0) snake_fx = 3; // 左
        if ((key_now & 0x08) == 0) snake_fx = 4; // 右
    }
}

高效刷新数组

在游戏循环中，只需要更新发生变化的数组元素，而不是整个数组。例如，在蛇移动时，只需要更新蛇头和蛇尾的位置：

void snake_move(void)
{
    u8 new_head_x = smake_head_x;
    u8 new_head_y = smake_head_y;

    switch (snake_fx)
    {
        case 1: new_head_y--; break;
        case 2: new_head_y++; break;
        case 3: new_head_x--; break;
        case 4: new_head_x++; break;
    }

    // 检查碰撞
    if (check_collision(new_head_x, new_head_y))
    {
        game_over();
        return;
    }

    // 更新蛇头位置
    snake_body[0][0] = new_head_x;
    snake_body[0][1] = new_head_y;

    // 如果没有吃到食物，删除蛇尾
    if (!eat_food(new_head_x, new_head_y))
    {
        for (u8 i = snake_cd - 1; i > 0; i--)
        {
            snake_body[i][0] = snake_body[i - 1][0];
            snake_body[i][1] = snake_body[i - 1][1];
        }
    }
    else
    {
        snake_cd++; // 蛇身增长
    }
}

显示缓存的使用

为了避免频繁访问硬件，可以使用显示缓存。定义一个与点阵屏大小相同的数组，用于存储当前显示状态：

u8 display_buffer[8][8];

在游戏循环中，只在必要时更新显示缓存，并通过MAX7219一次性刷新整个屏幕：

void Display(void)
{
    for (u8 i = 0; i < 8; i++)
    {
        for (u8 j = 0; j < 8; j++)
        {
            if (display_buffer[i][j])
            {
                // 设置LED点亮
                Write_Date(j, i, 1);
            }
            else
            {
                // 设置LED熄灭
                Write_Date(j, i, 0);
            }
        }
    }
}

碰撞检测的优化

碰撞检测是游戏中的关键环节，可以通过以下方式优化：

• 使用位运算代替乘除法
• 将边界检测和自身碰撞检测分开处理
• 利用蛇身数组的有序性，减少比较次数

下面是一个简化的贪吃蛇游戏主循环代码：

void main(void)
{
    InitTimer0(); // 初始化定时器
    init_display(); // 初始化显示
    init_snake(); // 初始化蛇

    while (1)
    {
        Key_Scan(); // 检测按键
        snake_move(); // 移动蛇
        Display(); // 更新显示
        delay(100); // 控制游戏速度
    }
}

通过上述优化技巧，我们可以在51单片机上实现一个流畅、响应迅速的贪吃蛇游戏。关键在于合理利用硬件资源，优化软件算法，以及巧妙使用数组和缓存技术。这种实践不仅能够提升游戏体验，还能为嵌入式系统开发积累宝贵经验。