前方超详细教程预警！！包括——游戏机原理解析、电路设计、程序设计。
工程描述我拆解了原来的小霸王游戏机，又用51单片机复刻了一个更牛的！它可以：
- 给初学者锻炼简易游戏开发思维；
- 作为电子爱好者的日常玩具；
- 作为游戏的开发设备。
工程借用了原游戏机的——外壳，屏幕，按键，扬声器。
并升级了电源系统，采用锂电池供电，TypeC接口充电。
整个项目的核心部件如下图所示：
下面先介绍一下我改造好的游戏机参数，再分享详细的制作教程！
项目参数与成本1.核心参数
- 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个
- 电池容量：400mAh
- 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：目前只有1个(可自己开发更多游戏)
2.成本预算
- 原游戏机：8.3￥
- STC8H8K64：3￥
- CH340N：1.5￥
- 电池：4￥
- PCB&SMT：10￥
1.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
2.烧录方法
该设备使用STC-ISP进行烧录，可从STC官网下载。烧录步骤如下：
①烧录固件时需要先配置参数，如下图所示：
②将游戏机关机。
③点击【下载/编程】按钮。
④按住游戏机开机键不放，直到烧录完成。
3.按键说明
游戏机的开关机是通过软硬件配合实现的。
除了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。
（1）开关机按键说明：
- 在关机状态下，长按开机键1S设备即可开机，开机后即进入俄罗斯方块游戏界面；
- 在开机状态下，轻触开机键即可关机。
（2）游戏模式下的按键说明：
- 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。
本章节有7部分内容，你可以跟着本章节思路——拆解游戏机、理解工作原理、设计电路代码……
1.游戏机挑选
首先采购这款适合改装的型号；
然后对其进行拆解，分析其工作原理。
PS：这种游戏机几乎都采用专用的牛屎芯片，很难从芯片获得信息。
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。
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。
它共有四个电平段，分别是：
- VCC
- 四分之三VCC
- 四分之一VCC
- GND
总结：有规律的信号是COM引脚，控制当前屏幕扫描的哪一列。
另一类是相对无规律的波形信号。
它共有三个电平段，分别是：
- VCC
- 二分之一VCC
- GND
总结：无规律的信号是SEG引脚，控制当前屏幕扫描那一行。
3.LCD 驱动电路的实现
搞清楚了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。
（1）关于SEG信号
如图所示，只需要使用一个单片机引脚和两个10K电阻即可。
①当单片机引脚A输出低电平时：
SEG端的电压为GND。
②当单片机的引脚悬空时：
SEG端的电压为二分之一VCC。
③当单片机引脚A输出高电平时：
SEG端电压为VCC。
（2）关于COM信号
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，连接方式如上图所示，电阻阻值分别是9K，3K和24K。
①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。
②当单片机引脚A和B都悬空时：
COM端的电压为四分之一VCC。
③当单片机引脚B悬空，引脚A输出高电平时：
COM端的电压为四分之三VCC。
④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。
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，给整个系统添加了——USB转串口，锂电池充电，单键开关机等功能电路。
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、螺丝孔、按键的位置，确定PCB的形状。
布线还算简单，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：
6.LCD驱动程序设计
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。
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.俄罗斯方块游戏设计
驱动完成后就可以编写游戏了。
具体的实现过程是：
①先对游戏中出现的方块进行分类。
②将方块及旋转镜像的变形，都转换成二进制数据。
③在程序里面通过定时器控制方块的下落，对方块的旋转，左右移动进行处理。
④当方块下降到最底部时，检查是否有完整的行。
如果有，则将其消除，然后随机生成下一个方块，循环往复。
时间有限的关系，我只做了贪吃蛇，但你可以参考我这个设计，自己实现坦克大战，贪吃蛇……等的各种游戏。
我一直认为，游戏程序中所涉及的逻辑比普通的项目多得多，相信在设计过程中，你会有所收获。
详细的代码和电路已经完全开源，无偿分享，但格式原因无法完全上传，有需要可以在评论区和我说一声。
参考资料：
[1]https://oshwhub.com/dr.zhang/Subor
— 完 —
嘉立创EDA·头条号
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