PONG...PONG 8x8 LED 矩阵的复古玩法 -

标题: PONG...PONG 8x8 LED 矩阵的复古玩法 [打印本页]

作者: samuelni 时间: 2024-10-8 14:57
标题: PONG...PONG 8x8 LED 矩阵的复古玩法
。。。上一次和同学们（同学＝一同学习者，同游＝一同云游者，同居？　。。。　以此类推，不一而论）瞎聊了一点有关二进制数的宏定义以及用 bit map 手工输入点阵图形的事（http://www.51hei.com/bbs/dpj-237651-1.html），但没有提及如何玩 51 单板机上那个 8x8 LED 矩阵。 BBC Micro:bit 上有一组 5 x 5 的LED　矩阵，官方很认证地开发了一个＂喜怒哀乐＂表情包，意欲把那个稀缺资源的利用发挥到极致，考虑到Micro:bit不过是儿童的玩具，我就不把那个表情包port到５1 单板机上了。对于认真的程序员，把　PONG　这个古老的游戏port过来，以表示对前辈程序员的敬意，视乎更有一点意思？

。。。闲话少叙，我们单刀直入，先在那个　８ｘ８LED　矩阵上实现单个　LED　的动画，而后展开相应的数据结构，以实现“乒乓球”和“乒乓板”之间的互动。为此，我们来看看如何实现用（ｘ，ｙ）一对坐标来实现对６４个LED当中任何一个LED的“寻址”　。。。　以下是N种方案当中的一种：

u8 data bitBuffer []= {
  b00111000,  //x(7,0)    *(7,7)
  b01111100,  //  |
  b01111110,  //  |
  b00111111,  //  |
  b00111111,  //  |  　*(x,y)
  b01111110,  //  |
  b01111100,  //  |
  b00111000 //(0,0)--------＞y(0,7)
};
按照单板机上具体的硬件设计，我们可以把（ｘ，ｙ）映射为８ｘ８LED矩阵的行列端口控制信号，以我手上那块单板机为例（http://www.51hei.com/bbs/dpj-237407-1.html），其映射关系如下：

(x,y) --> ( LedMatrixPort_Col = ~(1<<(7-x)) ,74hc595_Dout = 1<<(7-y))  )
这里，x 和 y 的值域都是整数闭区间 [0,7].

如你想要点亮（ｘ，ｙ）位置上单独一颗LED，调用以下函数即可：
//void _8x8ledMatrixShow(u8 x,u8 y) compact{
//
// LedMatrixPort_Col = ~(1<<(7-x));
// hc595_write_data(1<<(7-y));
// delay_10us(100);    //延时一段时间，等待显示稳定
// hc595_write_data(0x00);//消影
//}

有了这个函数，你可以让这颗被点亮的LED在各种（数学）轨迹上游走，实现任意动画效果，　ｐｉｅｃｅ　ｏｆ　ｃａｋｅ？

细心的同学会注意到我把上述函数注释屏蔽掉了，表示我在实际的PONG游戏代码里并没有使用这个函数。在游戏更新“乒乓球”位置的代码中，我直接利用了（ｘ，ｙ）和行－列端口的映射关系，同时把球的位置信息和“乒乓板”的位置信息一起缓存在bitBuffer 里面，当所有需要更新的数据都准备好之后才一次性地“刷新”　LED矩阵的显示，这是几乎所有游戏编程普遍使用的所谓double buffer 技术，大家可以谁便参考一本游戏编程的书籍了解其原委，我不讲了。

避免调用上述函数，对于51 单片机这样的系统还考虑到硬件资源问题。51单片机的片内数据RAM 非常贫乏，只能实现一个很浅的stack, 如果在函数调用时使用很多参数，最糟的情况下（如递归调用带参数的函数），stack 很容易overflow, 导致程序崩溃。因此，大家在不影响程序代码架构清晰的情况下，尽量使用全局变量为上策。

okay，我们继续PONG的编程。。。在游戏世界里，“球”和“板”都是所谓的 objetcs (东东？ sprite ? whatever )，如果开发环境比较豪华，我们应该用类似C++ 的class 来封装这些东东的属性和行为，但这里比较简陋，我们就用struct 来简单凑合一下吧。。。

typedef struct {
signed char pTop; // 球板的顶端 y 坐标
signed char pShift; // 球板的顶端 x 坐标，缺省值为 7，如果<7, 表示迎着球的方向击球，如果值不变，就是简单的挡球。。。
u8 score;             // 用于计分
} sPaddle;

sPaddle myPaddle; // 左侧球板，手工通过按钮实现上下移动或由 MPU 判断球的来路自动移动
sPaddle mpuPaddle;  // 右侧球板，由 MPU 判断球的来路自动移动

struct {
signed char x, y; // 球的位置
signed char vx,vy; // 球的速度
}ball;

在游戏初始化时，我们必须给这些东东一些初始值，例如：

if(bGameReStart)// 如果全局变量 bGameReStart ==1 ，从新开局
{
LED_PORT=0xff; // 熄灭 8x8 LED 矩阵
srand (rand()); //  随机数下种，要在main.c 开头处加上 #inlude <stdlib.h> 才能调用 srand 和 rand 函数

myPaddle.pTop = 3; myPaddle.pShift  = 0;myPaddle.score  = 0;
mpuPaddle.pTop = rand() % 6;mpuPaddle.pShift = 7;mpuPaddle.score = 0;
ball.x = 6;
ball.y =  myPaddle.pTop + rand() % 3; //ball start by human
ball.vx = 1 + rand()%2; //  相当于 random(1,2);
ball.vy = -2 + rand()%5;// 相当于 random(-2,2);    avoid use function stack...

bGameReStart =0; // don't keep running the code inside  {}
}

世上所有游戏的灵魂是随机数，包括你在“真实”世界里面玩现实版的“真人游戏”，所以我对随机数多啰嗦几句。。。由于硬件随机数发生器非常昂贵，大多数数字系统都采用软件伪随机数，其原理大家自行wikipeida, 我只解释上面的代码里，我为何免用 random(上限，下限) 这样的函数，而是直接用 % 运算符来取指定范围的随机数。

在<stdlib.h>库里，rand() 的16位整数值域是 [0, 32767], random(上限，下限) 的定义通常类似以下形式：
unsigned int  random(unsigned int  lo，unsigned int  hi) {
  return ( lo +  （hi - lo）* rand()/32768 );
}

或者，限于返回8位（signed）整数:
signed char random(signed char lo, signed char hi){
return  (lo +  rand()%((hi-lo+1)) );
}

但这样的函数定义都有参数调用的开销，前一个还涉及“昂贵”的除法，这些都是资源匮乏的单板机需要尽量避免的。通常在C语言里，我们可以采用宏定义来重写函数定义，调用时采用 inline 宏定义，这样可以避免运行时的开销，把计算的负担分配到编译时，由编译器来代劳。同学们可以自行实验利用宏来修改上面的代码，提高程序的可读性。

接下来就是游戏的主循环。。。

L_GAME_START:
bGameReStart =1;
while(1)
{
key_matrix_flip_scan(key_value);  // 4 x 4 按钮矩阵扫描
if (key_value ==2 || key_value == 5 )OE_74HC595 = 1; //turn off 8x8 LED matrix
else OE_74HC595 = 0; // enable it otherwsie

switch (key_value)
{
case 1:    // 按钮- 1
_8x8ledMatrixDisplay(mPONG);
   bGameReStart = 1;  // 从新开始游戏
continue;
case mPADDLE_UPP-1:
case mPADDLE_UPP:
      myPaddle.pShift = mPADDLE_UPP - key_value;
myPaddle.pTop -=2;
if (myPaddle.pTop < 0)myPaddle.pTop =0;
goto L_GAME_UPDATE;

case mPADDLE_UP-1:
case mPADDLE_UP:
myPaddle.pShift = mPADDLE_UP - key_value;
myPaddle.pTop -=1;
if (myPaddle.pTop < 0)myPaddle.pTop =0;

goto L_GAME_UPDATE;
case mPADDLE_DOWN-2:
case mPADDLE_DOWN-1:
case mPADDLE_DOWN:
                  myPaddle.pShift = mPADDLE_DOWN - key_value;
myPaddle.pTop +=1;
if (myPaddle.pTop > 4)myPaddle.pTop =5;

goto L_GAME_UPDATE;

case mPADDLE_DOWND-3:
case mPADDLE_DOWND-2:
case mPADDLE_DOWND-1:
case mPADDLE_DOWND:
                        myPaddle.pShift = mPADDLE_DOWND - key_value;
myPaddle.pTop +=2;
if (myPaddle.pTop > 4)myPaddle.pTop =5;
goto L_GAME_UPDATE;

case mUPDATE_PONG:
      if(bGameReStart)// re-start game
      {
                                                            // 游戏初始化代码，前面已经讲解，此处不再重复
      }

L_GAME_UPDATE:
                              _8x8clearBitBuffer();    // 清除缓冲区内容

                                                         // 画球板
               bitBuffer[myPaddle.pShift]  = b11100000;
               bitBuffer[myPaddle.pShift]  = bitBuffer[myPaddle.pShift]>>myPaddle.pTop;

            // 更新球的位置
               ball.x += ball.vx;
               ball.y += ball.vy;

                 // 更新球板的位置
            if (ball.vx > 0 ) // ball coming to human
            {
                                                         // 如果 MPU 控制球板，计算球板如何判断球路做相应的移动
            }

               if(myPaddle.pTop <0) myPaddle.pTop =0;
               if (myPaddle.pTop > 4)myPaddle.pTop =5;

         // 判断球板是否接住球，没有接住，对方就加分。。。
         if(ball.x >= (7 - myPaddle.pShift) )
      {
   ball.x = 7;
   ball.vx=-ball.vx; //左侧 X方向反弹

   if( abs(ball.vy)<=1)
   {
   if ( ball.y < myPaddle.pTop || ball.y > (myPaddle.pTop+2))
   {
   mpuPaddle.score++;  // 球板没有挡住球，对方加分
   }
   }
   else
   {
                                                         // 等等其它判断和计分逻辑。。。
         }
      }

   if( ball.y <=0 )
   {
      ball.y = 0;    // 顶端 Y- 方向反弹
      ball.vy=-ball.vy;
   }
   if( ball.y >= 7)
   {
      ball.y = 7; // 底端 Y- 方向反弹
      ball.vy=-ball.vy;
   }
       if( ball.x <=0 )
   {
   ball.x = 0;  //右侧 X方向反弹
   ball.vx=-ball.vx;
   }


   bitBuffer[7-ball.x] = 128>>ball.y;  // 把球的位置“写” 入缓存区域

   _8x8ledMatrixDisplay(bitBuffer); // 刷新 8x8 LED 显示
   key_value = mUPDATE_PONG; // repeat run mUPDATE_PONG section

   // 在 7 段数码管上显示计分
ired_buf[0]=gsmg_code[mpuPaddle.score];
ired_buf[3]=gsmg_code[myPaddle.score];

smg_display(ired_buf,1);
continue;
}
}
//END OF GAME

同学们可以看到我在这个循环里大大冒犯了一下 Goto 语句的批评者，我是实用主义者，goto 语句在这里的使用，既有效也不影响程序的可读性。C就是高级的汇编语言啊，汇编语言大量使用各种 JMP 指令，C语言里适当使用 goto 语句，大家可以理直气壮。

这个循环的上面有一小段和 PZ 单板机设计缺陷有关的代码：

if (key_value ==2 || key_value == 5 )OE_74HC595 = 1; //turn off 8x8 LED matrix
else OE_74HC595 = 0; // enable it otherwsie

板子的设计者提示玩家，如果要禁止 8x8 LED 矩阵，可以使用跳针，其实没有这个必要，这个跳针设计是多余的。8x8 LED 矩阵的开关，完全可以通过软件加以控制。我在板子上加了一根飞线，用 sbit OE_74HC595 = P1^7 定义了其用法，接下来就可以用P1^7 端口控制74HC595芯片，从而实现8x8 LED 矩阵的开和关，大家留意一下下面视频和图片里的飞线即可。

.....  ......  ...... let's call it a day. .................. .................... ................... ........................ ........... .......... .............

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