基于单片机的贪吃蛇游戏的实现

吴尚茗 杨丽燕 刘亚荣

摘 要：文章是基于ALIENTEK精英STM32开发板，在μC/OS-II嵌入式操作系统下，用C语言进行的简单贪吃蛇游戏设计。本游戏设计主要利用触屏显示模块、LED测试模块和RTC时钟模块来控制游戏运行。利用LCD触摸屏实现四个轻触按键，将按键信息发送至邮箱，控制上下左右，实现贪吃蛇的简单吃豆、计数和整个游戏界面显示等相应功能。

关键词：贪吃蛇游戏;STM32单片机;μC/OS-II嵌入式操作系统

中图分类号：TP368.12 文献标识码：A

手机游戏的历史已经超过十年，其是现代生活的一种娱乐方式。贪吃蛇游戏作为早期的嵌入式开发游戏，虽然游戏内容和画面都很简单，但在手机游戏出现的早期，其是一款相当经典的游戏[1]。

1 总体方案设计

本次设计的主要硬件模块，选择使用ALIENTEK精英STM32开发板。基于开发板的Cotrex-M3内核，及μC/OS-II嵌入式操作系统，将μC/OS-II嵌入式操作系统移植到ALIENTEK精英STM32开发板上。在μC/OS-II嵌入式操作系统下，利用单片机的内设LED显示灯模块以及RTC系统时钟等两个模块相互配合，并结合STM32搭载外设4.3寸TFTLCD液晶显示屏的显示和触摸功能，来实现贪吃蛇游戏的简单吃豆、计数以及整个游戏界面显示等相应功能。系统总体设计框图如图1所示。

2 游戏的软件设计

2.1 系统总程序设计

本游戏从游戏开始后进行难度选择，通过选择难度确定蛇运动的速度，由此开始游戏。开始游戏时，蛇首先向指定方向运动，再通过按键控制蛇的运动方向以及游戏的暂停与开始。如果蛇吃到食物，则蛇身增长;如果蛇碰到自身和墻壁，则游戏结束，通过触屏按键重新开始游戏。游戏的总流程图如图2所示。

2.2 优先级任务设计

在μC/OS-II嵌入式操作系统下，软件设计要分不同任务进行设计，且每个任务按各自优先级高低顺序执行，任务之间通过信号量及消息邮箱进行通信。

此次设计主要创建三个不同优先级别的任务：LED任务（led_task）、触摸屏任务（touch_tesk）、贪吃蛇任务（snake_task）。优先级的顺序为touch_tesk>snake_task>led_tesk。即开始游戏就执行贪吃蛇任务，如果屏幕扫描到有触摸按键按下，就发送触摸事件消息到邮箱;此时，游戏任务从邮箱中获取消息，开始执行游戏任务。

优先级任务设计流程图如图3所示。

2.3 游戏显示任务设计

设计的主要思路为，将屏幕界面分为按键控制模块和游戏界面模块，初始页面使用LCD的画键盘功能设计游戏等级，选择等级后清屏进入游戏界面。游戏界面将屏幕分成720个小方块，即地图上有720个点，每个点的数值代表0位空地，大于0为蛇身，-1为食物。一开始设定所有的点都为0，利用RTC时钟随机将一个点的数值设为-1，再将连续3个点分别置1、2、3代表蛇身，这就是贪吃蛇的初始长度，之后蛇身数值增长，因此蛇身的数值都是大于1的。

2.4 蛇身运动设计

根据输入的键位值来确定蛇的方向。蛇的运动方式为柔体传动，即蛇身的位置不变，蛇头向相应的方向前进，蛇尾相对于上一次响应减少一个方块，而不是输入某一个方向后整体向同一个方向移动。

因此，在设计时要定义一个数组map[i]，用来储存蛇身的数据，用LCD写入颜色的功能将这个数组涂上贪吃蛇的颜色。定义蛇尾为1，蛇头每前进一步，len增长，map值自加，向前的格子涂上蛇身颜色。同时，通过坐标检测确定蛇并没有吃到食物，此时使用len自减。这样，贪吃蛇的总长度就没有发生变化。将map=1的格子涂上白色，即去掉蛇尾，再将map自减，完成蛇的一次向前运动。同理，如果蛇吃到了食物，则将食物涂为蛇身颜色，此时len增长，map增长，且将不做自减。此时，蛇再进行向前运动。

具体实现细节如下。

2.4.1 判断蛇的移动方向

初始时将cl定义为蛇的运动方向，当触屏任务将发送指令时，蛇头向相应位置的坐标增加，即蛇向相应的方向移动。在运动过程中，如果输入的运动方向与贪吃蛇正在运动的运动方向相反，则会发生反向运动。为了避免反向运动造成程序运行错误，需要判定运动方向不为指令方向的反方向。

2.4.2 判断蛇是否吃到食物

根据蛇头的坐标与食物的坐标是否相等，来判断蛇是否吃到食物。如果吃到食物，则蛇的长度和游戏分数均加1，并执行RTC时钟指令，出现下一个食物。吃掉食物后，蛇的关节数加1，并根据蛇的移动重新画出蛇的身体。

2.5 结束任务设计

根据设定的游戏区域范围，如果蛇头的坐标超过该范围，即相当于蛇撞墙死掉，游戏结束;当蛇长超过3的时候，就有可能与自身相撞，判断当蛇头的坐标与蛇身体的任一坐标相等时，蛇就死掉，游戏结束。判断如果蛇的sh.x和sh.y在设定的区域外或map[sh.y * 30 + sh.x]大于1，则说明蛇死掉，就触发游戏结束。

蛇死掉后，游戏任务触发信号量，开启时钟延时。此时，游戏结束任务获取信号量，开始执行游戏结束任务，即在LCD显示屏上显示“GAME OVER！”和“RESET”按键。点击“RESET”按键，可以重新回到游戏页面。

3 结语

本次设计实现了贪吃蛇游戏的基本功能：游戏开始时，通过方向键控制贪吃蛇的运动方向;当贪吃蛇吃到随机出现的食物时蛇身增长，当蛇碰到墙壁或者自身时，蛇死亡，游戏结束。并且在按键、吃到食物以及贪吃蛇死亡时配合不同音效，同时游戏有三个可调节的难度供选择

参考文献

[1] 刘晓峥.浅析基于J2ME平台的贪吃蛇游戏开发[J].科技视界，2013（17）：38-39.