基于Proteus的乒乓游戲機系統設計與仿真

聶茹, 韋莉莉

(華南理工大學廣州學院 電子信息工程學院， 廣州 510800)

基于Proteus的乒乓游戲機系統設計與仿真

聶茹, 韋莉莉

(華南理工大學廣州學院 電子信息工程學院， 廣州 510800)

如今各種不同類型的游戲設備一直是消費領域的熱點，用低廉的成本設計出符合要求的乒乓游戲機設備，采用單片機STC89C51作為主控芯片，采用Proteus軟件進行軟件編程，實現乒乓游戲機的雙人對打。乒乓球的位置和移動方向由燈亮及依次燈亮的方向決定使用，乒乓游戲機的A、B兩方在各自不同的位置發球或擊球，分別有左、中、右、加速4個按鍵作為模擬球拍。游戲者根據球的位置按下相應的按鍵得分，最后通過LCD顯示屏顯示數據。系統硬件部分包括單片機電路、譯碼電路、發光二極管電路、按鍵電路、顯示電路等電路的設計，并采用Proteus軟件仿真其效果，系統操作方便，穩定度高。

乒乓游戲機； Proteus； 仿真

0 引言

乒乓球，中華人民共和國國球，是一種世界流行的球類體育項目，乒乓球的名字起源于1990年。乒乓球的比賽賽制是以11分為一局，采用五局三勝(團體)或七局四勝制(單項)。比賽分團體、單項(男單、女單、男雙、女雙、混雙)。

在中國，到處可見打乒乓球的人，以學生居多。因為，隨著人們現代化節奏的加快，工作壓力的增大，傳統打乒乓球的方式受到運動設施、場地、環境的因素的影響，讓人們對乒乓球運動減少了很多興趣。隨著科學技術的發展，人類進入信息化社會，信息社會的發展離不開電子產品的進步?，F代電子產品發展的越來越快，于是人們將乒乓球與電子產品結合在一起，形成了乒乓游戲機。通過使用按鍵模擬球拍，發光二極管模擬乒乓球，進行乒乓球游戲的操作。乒乓游戲機的出現解決了人類的很大難題。因為該產品不受運動設施、空間、場地、環境等因素的影響，在家即可進行操作。操作的同時，讓操作者仿佛在真正的打乒乓球。而且該設計屬于一種益智類設計，讓人既可以鍛煉身體，也可以鍛煉智力[1]。

1 Proteus系統仿真及效果

本設計中用低廉的成本設計出符合要求的游戲設備，并用Proteus軟件仿真其效果：

(1)使用乒乓游戲機的甲乙雙方各在不同的位置發球或擊球。

(2)乒乓球的位置和移動方向由燈亮及依次點燃的方向決定，球移動的速度為0.1～1s移動一位。游戲者根據球的位置發出相應的動作，提前擊球或出界均判失分。

(3)比賽用11分為一局來進行，甲乙雙方都應設置各自的記分牌，任何一方先記滿11分，該方就算勝了此局。當記分牌清零后，又可開始新的一局比賽。

2 系統硬件設計

硬件設計包含單片機電路、模擬球臺電路、按鍵電路、顯示電路等電路的設計。軟件設計包括：主程序、按鍵組程序(球拍模擬和暫停/開始子程序)、發球程序、線路程序(包括線路選擇和LED點陣子程序)、回球程序、LCD顯示程序?；趩纹瑱C的乒乓游戲機系統框圖，如圖1所示。

圖1 乒乓游戲機系統框圖

2.1 MCU微處理控制器單元

本系統選用性價比高的STC89C51單片機。STC89C51與其它51單片機比較，具有成本低，性能好的優點,并且其具有在線編程功能，可以直接將程序燒錄到芯片中，不需要對硬件進行修改。就乒乓游戲機而言，STC89C51能通過程序的編寫實現所需的功能[2]。

2.2 電源電路

單片機STC89C51的工作電壓為+5 V，因此需要一個電源電路來提供這一電壓。設計通過固定三端穩壓集器，輸出使單片機工作的+5 V電壓。固定三端穩壓器主要有78XX系列的正電壓輸出穩壓器和79XX系列的負電壓穩壓器。兩個系列的固定三端穩壓器，輸出電壓有5 V、6 V、9 V、12 V、15 V、18 V、24 V等規格，最大輸出電流為1.5 A。這種三端穩壓器內部包含了過流、過熱和調整管的保護電路，使用時組成穩壓電源所需的外圍元件少，使用起來可靠、方便、快捷。

2.3 按鍵電路

乒乓游戲機的按鍵電路包含兩個按鍵組，一個是模擬球拍按鍵電路，一個是暫停/開始和復位按鍵電路。模擬球拍按鍵分為左右兩邊，左右各四個。這5個按鍵其中3個是對LED點陣線路的操作，一個是進行加速；暫停/開始和復位按鍵是在運行任一程序時，對游戲機進行暫?；蜷_始或復位。設計中模擬球拍按鍵與P0口相連，同時P0口接5KΩ的上拉電阻。當發光二極管亮時，按下按鍵進行控制。當按鍵按下的時候，相應端口感應輸入為低電平0。模擬球拍按鍵電路設計圖，如圖2所示。

圖2 按鍵電路圖

2.4 模擬球臺電路

模擬球臺電路設計包括譯碼電路設計和發光二極管設計。乒乓游戲機采用16個發光二極管，單片機的端口有限，因此采用單片機的P2口的5個端口控制74LS138譯碼器進行譯碼，節約端口。譯碼器74LS138的輸入電壓范圍為+3.5～+5V。單片機P2.0～P2.3控制兩個譯碼器的A,B,C端，P2.4和P2.7分別控制兩個譯碼器的E1端，且E2、E3兩個端口接地。單片機P2口輸出信號，從而達到控制發光二極管的熄滅與點亮[3]。其電路圖，如圖3所示。

圖3 模擬球臺電路設計圖

2.5 顯示電路

乒乓游戲機的數據較為簡單，只需要顯示比分和最終勝利的狀態，因此選用只顯示字符和數字的LCD1602顯示屏。此設計中的顯示模塊采用LCD來顯示乒乓游戲機的AB隊比分。LCD1602的D4、D5、D6、D7分別與單片機中的P1.5、P1.4、P1.3、P1.2相連，用于數據和地址的傳輸。LCD1602的RS、RW、E分別與單片機中的P3.4、P3.3、P3.2相連，用于寫入控制[4]。

3 系統軟件設計

本系統的軟件主要采用模塊化結構設計，具體的程序有主程序、按鍵組程序(球拍模擬和暫停/開始子程序)、發球程序、線路程序(包括線路選擇和LED點陣子程序)、回球程序、LCD顯示程序。系統流程圖，如圖4所示。

圖4 系統流程圖

通過程序實現的功能為：在主程序進入初始化，LCD屏的清零，及初始化顯示設置；然后進入發球程序，綠色指示燈亮起時，B得到球權，否則A得到球權；當發球成功后，進入線路模塊，在不同的情況進入相應的線路，依據線路的選擇依次點亮線路所包含的LED燈；而后進入回球程序，回球成功繼續進入線路程序，回球失敗，對手分數加1，并進入LCD顯示程序；當AB隊 任一隊11分后進入相應win子程序。暫停/開始程序在定時掃描，當暫停鍵按下時，游戲暫停，在游戲暫停時當開始按下游戲繼續[5]。

4 Proteus軟件仿真結果

本次所編寫的系統功能都可以通過Proteus軟件仿真實現，點擊仿真盤框中的運行按鈕，電路進入仿真狀態，開始調試。如圖5所示。

在調試過程中，觀看LCD顯示屏的變化，由此得出設計是否正確。如果不正確，按以上步驟進行修改，直到達到設計要求。

對電路進行仿真調試后，發現了一些問題。

(1)LED未按正常預期工作，發球與回球的程序存在共同部分，加入發球控制參數后，正常工作。

(2)發球程序出現問題，有時候發球指示燈亮時，B卻不能成功發球，經過修改程序，解決這個問題。

圖5 仿真調試圖

6 總結

系統采用單片機STC89C51作為主控芯片，以Proteus軟件進行仿真，實現乒乓游戲機的雙人對打。采用4×4的線路電路，乒乓球的位置和移動方向由燈亮及依次燈亮的方向決定使用，乒乓游戲機的A、B兩方在各自不同的位置發球或擊球，分別有左、中、右、加速四個按鍵作為模擬球拍。游戲者根據球的位置按下相應的按鍵得分，最后通過LCD顯示屏顯示數據。

[1] 汪吉鵬，馬云峰.微機原理與接口技術[M].北京：高等教育出版社,2001:25-42.

[2] 張福學.傳感器應用及其電路精選[M].北京：高等教育出版社，2004：58-67.

[3] 沈紅衛.單片機應用系統設計實例與分析[M].北京：航天航空大學出版社，2003：10-25.

[4] 張丹，費陸公.基于proteus和labview的教學監控系統的設計[J].儀器儀表標準化與測量，2008(1)：42-44.

[5] 周林，殷俠.數據采集與分析技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2005：1-39.

DesignandSimulationofTableTennisGameSystemBasedonProteus

Nie Ru, Wei Lili

(College of Electronic Information Engineering, Guangzhou College of South China University of Technology, Guangzhou 510800, China)

Nowadays, various types of game equipment have been a hotspot in the field of consumer, this article is to design table tennis game machine equipment with the low cost by using STC89C51 MCU as the main control chip, using Proteus software to carry on the software programming. It realizes the table tennis game machine double rally. The tennis ball location and moving direction are determined by light and switch of lamp. The A, B two parties in their different position serve or strike, respectively. There are left, middle, right, and speed up four buttons as a simulation. The player depends on the position of the ball, and presses the button accordingly, and finally uses the LCD to display data. The hardware of the system includes the design of single chip microcomputer circuit, decoding circuit, light emitting diode circuit, key circuit, display circuit and so on, and it uses Proteus software to simulate its effect. The system is easy to operate, and stable.

Table tennis game; Proteus; Simulation

1007-757X(2017)12-0064-03

聶 茹(1982-)，女，吉安市人，碩士，工學碩士，講師。研究方向：智能控制。

韋莉莉(1970-)，女，廣西人，高級工程師。研究方向：過程控制。

TN277

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2016.12.27)