《基于stm32单片机的五子棋系统设计与实现9200字（论文）》

I基于stm32单片机的五子棋系统设计与实现TOC\o"1-3"\h\u193941绪论 140771.1研究背景及意义 145051.1.1研究背景 1236801.1.2研究目的及意义 173491.1.3国内外研究现状 118631.2未来发展趋势 2236011.3研究的主要内容和目标 3254962五子棋系统的总体设计 4239842.1概述 428112.2五子棋系统的设计要求 4247912.3五子棋系统的总体方案 5298862.3.1校园能耗监控数据采集系统的组成 5113962.3.2五子棋系统的硬件结构框图 5202092.4五子棋系统主要元器件的确定 5240322.4.1五子棋系统单片机的确定 551532.4.2TFT显示屏的确定 7141122.4.3语音播报模块的确定 7286842.5编程语言的确定 8201243五子棋系统的硬件设计 9121023.1主电路的设计 941173.2各模块电路的设计 10201503.2.1OLED液晶电路 10295313.2.2语音播报模块电路 1063393.3电路零件清单 12209314五子棋系统的软件设计 13167834.1设计方法 1341744.2主程序的设计 13189064.3各模块的流程图设计 14274684.3.1TFT液晶显示原理 1477824.3.2语音播报模块流程图 1564445系统调试 17146055.1硬件调试 17264265.2软件调试 18235526结束语 1979066.1结论 19133216.1设计总结 19235866.2展望 1913449参考文献 227717附录 2521723附录一 2512877附录二 2616552附录三： 271绪论研究背景及意义研究背景随着社会经济和科学技术的发展计算机已经深入到人们日常工作和生活的方方面面,各种各样的程序软件也逐渐进入大众的生活此如在闲暇时间的娱乐生活也开始变得诚网络电子游戏等所充斥，而五子棋则是最受人们欢迎的一款益智类棋局游戏,它的简单性,娱乐性,竞技性注定它是一款火爆的游戏[]。五子棋游戏软件可以分为两种:一种是网络五子棋游戏软件﹐另一种是单机五子棋游戏软件。我设计的是单机版的五子棋游戏软件,这款软件可以供人们在闲暇时间随时随地进行娱乐[]。并提高自己的棋艺，实用性较强。游戏的行棋顺序为:黑先、白后,黑棋第一子从天元开始相互依次落子任一方先在棋盘上形成横向或竖向或斜向的连续的颜色相同的五个以上(含五个)棋子则该方为胜。该系统所实现的功能主要有三大功能:游戏选项、语音播报、智能判断[]。研究目的及意义五子棋是起源于中国古代的传统黑白棋种当今社会在不同的地域对五子棋也有不同的称呼,其也是―种必须动用脑力的益智类游戏斯以五子棋可以增强思维能力提高智力[]。其中蕴含古典哲学的高深学问“阴阳易理”哲理，有利于修身养性，它因为简单易学的特点,所以为人民群众所喜爱，但作为一项高水平的国际比赛,它也有深奥技巧。1.1.3国内外研究现状2003年，国家体育总局批准了中国棋院审定的《中国五子棋竞赛规则》(试行)和《中国五子棋段级位制》；

2004年，中国围棋协会五子棋分会成立；

2006年，五子棋正式立项，成为正式比赛项目；

国家体育总局棋牌运动管理中心(中国棋院)从2002年起举办全国五子棋邀请赛；

2007年起全国五子棋邀请赛更名为全国五子棋锦标赛；

2007年起举办全国五子棋团体锦标赛，全国少年儿童五子棋锦标赛。

2009年第一届全国智力运动会正式比赛项目，2011年第二届智力运动会正式比赛项目，此后每四年举办一次；

2010年，《中国围棋协会五子棋项目等级分制度实施办法》(暂行)颁布并于2011年开始正式实施；

2013年全国五子棋团体赛将在原本男子团体组和女子团体组的基础上添加大学生混合组。

各地方棋院、共青团、五子棋俱乐部等均有举办各种规模的赛事。

其中较为有分量的有浙江举办的浙江五子棋公开赛，分a、b两个组，实行升降组制度，比赛时限也是国内比赛最长，每方120分钟包干(包干：时间用完即判超时负)，可惜有传言说今年(2013年)起要停办，目前具体情况未知。

目前国内五子棋在全国不少省市成立有五子棋的组织和五子棋的培训机构(一般都是针对青少年儿童)，其中北京上海浙江江苏等地发展较好。

国际五子棋现状：

1988年，国际连珠联盟(rif)在瑞典斯德哥尔摩正式成立，迄今已有50多个会员国。

1989年起，每两年举办一届“世界连珠个人锦标赛”。

1996年起，每两年举办一届“世界连珠团体锦标赛”以及“世界青少年连珠锦标赛”。

中国棋手吴镝和曹冬分别在2007年和2011年获得世界连珠个人锦标赛冠军。

中国棋手曹冬、李一(本吧吧友：该用户名被屏蔽)、殷立成、奚振扬四人组成的代表队于2010年获得世界连珠团体锦标赛冠军。

五子棋的段级位。

五子棋的段级位目前是通过参加中国棋院认可的比赛从而获得。

由于五子棋暂时并未职业化以及一些其他的原因，目前国内最高段位为六段。并且无职业和业余段位之分。

该段级位制度中的标准是按照男子组的情况定的。女子组有所下调，具体下调情况，每次比赛前裁判组会有公示，需要了解的朋友也可以自行找棋院了解。

除了中国棋院制定的段级位制度，个别省市棋院也有自己的段级位制度，但目前来说，较为广泛认可的是中国棋院制定的段级位制度。未来发展趋势目前，连珠这一棋类运动已迅速在国际上发展起来。外国人都十分看好这一不起眼的智力游戏，并认为五子棋不仅能提高思维、开发智力、手脑并用、修身养性而且富含哲理，具有东方的神秘和西方的直观，是中西文化的交汇点。许多国家的人对五子棋都有不同的爱称，例如韩国人把五子棋称之为“情侣棋”,言下之意是情人之间下五子棋有利于增加情感的交流[];欧洲人称之为“中老年棋”，表示五子棋适合中老年人的生理特点和思维方式;美洲人喜欢将五子棋称之为“商业棋”，就是说商人谈生意时可边下棋边谈生意，棋下完了生意也谈成了。由此可见，尽管国度不同，语言各异，但人们都可以借助五子棋这一简单而又深奥的棋艺进行交流、比赛，增进友谊[]。因此，五子棋在未来发展大有前景。研究的主要内容和目标本设计选用了意法半导体的STM32F103ZET6单片机为作为五子棋系统的控制核心。用扬声器模拟落子的声音，2.8英寸TFT液晶显示屏作为显示设备、DYSV17F作为语音播放模块实现语音播报的功能、用W25Q128作为闪存芯片，以求系统集成化高，操作容易，结构简单[]。设计过程大体为：选择合适的设计方法，然后画出电路布局原理图，在设计中选用最合适的方案，然后应用程序模块化设计方法。把整个程序按照整体功能划分为几个相对独立的程序模块，独立设计各个模块程序，使用C语言编程。根据电路原理图，用MDK5使用J-Link进行在线仿真测试，在测试中改进不合理的地方。通过测试没问题后，再根剧电路布局原理图用面包板焊接电路，最后把各个模块按照电路原理图上的相应位置焊接好，最后烧入程序进行测试[]。本设计所要达到的目标：本系统是根据传统五子棋游戏的功能编写s实现了双人对战和人机对战主要需实现如下目标:C语言编程；五子棋棋盘的设计；黑白双方轮流落子的实现；（4）棋局的悔棋功能；（5）棋局进行时的退出功能；（6）胜负的判定；（7）人工智能算法分析。

2五子棋系统的总体设计2.1概述我们所熟知的单片机就是单片机，微型计算机的简称，单片机就是在芯片上集成了一个微小型的计算机系统，这个小系统里包含了计算机的基本功能，它具有运算存储，输入输出的功能。从基本的构成上说，他是一个完整的计算机系统。但是它所运用的指令和控制要求，又是为了服务工业领域的，他是按照工业领域的相关要求进行设计的，因此她又叫座微控制器[]。严格的意义上说，单片机和普通的芯片没有什么区别，它的控制能力强、可靠性能高、结构又简单、体积又小、价格又便宜等优点，单片机通常在家用电器中，有电子玩具中，智能仪表，工业领域等多个领域都有应用，都离不开它的身影。目前，单片机技术正在朝着它的性能多样化、品种多样化、耗能少、功能多、价格便宜等方向发展。其中由ST公司的系列单片机最受欢迎，它出色的各种性能，满足了很多用户的要求。近年来，传统的8位单片机由于资源少，功能单一，大部分已经被淘汰掉，目前32位单片机已进入实用阶段，由于32位单片机片上资源多，I/O口丰富，功能强大，它的各项功能和运行速度比8位或者16位单片机好太多，所以在以后的单片机选型上，32位单片机会是主要选择对象被多数人介绍。2.2五子棋系统的设计要求通过STM32F103ZET6设计实现的五子棋提供了两类对战模式，这两种模式分别是人机模式和人人模式。能够通过语音播报模块实现语音播放功能，通过液晶显示屏实现界面显示功能，通过扬声器实现落子的声音。2.3五子棋系统的总体方案该设计在充分了解到五子棋的处理需求下，整个设计有以下几个子功能系统，TFT液晶显示系统，时钟电路，语音播报系统，声音系统，复位电路，和STM32F103ZET6单片机一起构成整个五子棋系统[]。2.3.1校园能耗监控数据采集系统的组成该设计的前提是基于实际的五子棋系统而设计的，根据实际功能调研，了解到五子棋的具体情况后做出了整体设计结构的[]。该系统的组成部分主要是由以下几个部分组成的，它有如下几个子系统组成：TFT液晶显示系统，语音播报系统，声音系统，和单片机一起构成整个五子棋系统。2.3.2五子棋系统的硬件结构框图该设计中是以STM32C8T6作为最小系统，外围加入W25Q128，语音播放模块DYSV17F，借助TFT作为显示设备，将数据显示，用扬声器实现落子声音。如下就是该设计的硬件框图。图2.3..2.1所示系统硬件设计框图2.4五子棋系统主要元器件的确定2.4.1五子棋系统单片机的确定单片机按照其基本操作处理的位数可分为：1位机、4位机、8位机、16位机、32位机等。其中1位机、4位机和8位结构简单，成本很低，但指令不丰富，内部资源有限且编程复杂，可用于简单的控制：16位机虽然指令丰富并且内部资源也够用，但是由于考虑到测量参数的准确性和可靠性，本系统采用了有ST公司开发的基于Cortex-M3内核的STM32F103C8T6处理器作为主芯片搭建整个系统[]。STM32F103C8T6是一款基于 Cortex-M3内核的标准ARM架构，它具有超前的体系架构，极高的性能、丰富的外设，合理的功耗和价格。该芯片内部资源有112个I/O，514K闪存，64KSRAM，4-16M的外部高速晶振，内部8MHz的高速RC振荡器，40KHz低速RC振荡器，看门狗时钟，内部锁相环，11个定时器，12个DMA通道，13个通信接口，16位PWM同步AC定时器，ADC采样通道等丰富的资源。下图为图2.2STM32F103C8T6引脚图：图2.4.1.1所示STM32F103ZET6引脚图2.4.2TFT显示屏的确定在该设计中的显示模块器件我用的是TFT液晶显示屏，TFT-LCD液晶显示屏是薄膜晶体管型液晶显示屏，也就是“真彩”（TFT）。TFT液晶为每个像素都设有一个半导体开关，每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而每个节点都相对独立，并可以连续控制，不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示色阶，所以TFT液晶的色彩更真[]。目前在这块做得不错的品牌有思迪科科技。最开始接触到的1286LCD显示屏的特点是需要背光，功耗较高等特点，综合对比，选择这款0.96OLED显示屏是最符合这种低功耗的最小系统的要求的。该模块的供电可以是3.3V也可以5V，不需要我们人为的改变它的模块电路。而且OLED操作起来非常的方便，功能非常的方便，能够显示汉字，图案等，同时，非常方便使用者固定在产品上。将TFT与1286LED显示屏对比之后，我决定使用TFT作为该系统的显示器件。TFT的实物图如下图2.4.2.1所示：图2.4.2.1所示OLED实物图2.4.3语音播报模块的确定DY-SV17F是自主研发的一款智能语音模块，集成IO分段触发，UART串口控制，ONE_line单总线串口控制，标准MP3等7种工作模式；板载5WD类功放，可直接驱动4Ω，3~5W喇叭；支持MP3,WAV解码格式，板载32Mbit（4MByte）flash存储，可通过USB数据线连接电脑更新音频文件[]。图2.4.3语音播报模块接口图2.5编程语言的确定对于单片机编程用的语言一般为汇编语言和C语言，由于汇编语言对复杂一点的程序，可读性不强，移植性也不强。而意法半导体的ST芯片内部寄存器被其使用C语言并通过函数封装了一遍，我们使用其内部资源时只需要调用该函数就可以了。并且C语言有着诸多优点，它简洁紧凑，对底层硬件有很好的适应性，运算符类型和数据类型足够多，程序设计自由度大，可移植性好等。每种语言都有其各自的特点，但随着计算机应用的发展，很多程序设计语言已逐渐地被淘汰退出了历史舞台。但C语言长盛不衰，是目前世界上最流行的编程语言之一、同时也是使用最广泛的高级程序设计语言。它这所以能够生存和发展到今天，完全依赖于不同于其也编程语言的独特优势。再者ST把单片机的寄存器用库函数封装起来，所以直接使用C语言调用库函数就可以了。所以，选择高级语言C语言进行编程，用Keil软件进行该系统程序的编程和调试。

3五子棋系统的硬件设计3.1主电路的设计通过上一章节的模块器件的确定，我们选用了STM32F103ZET6这款单片机，它主要分别与复位电路模块、电源电路模块、晶振电路模块、TFT液晶显示电路模块、语音播报模块电路、等组成。STM32F103ZET6最小系统电路原理图如下图3.1所示。图3.1.1所示STM32F103ZeT6最小系统原理图3.2各模块电路的设计3.2.1OLED液晶电路在前面已经对OLED液晶显示屏做了详细的介绍，通过介绍得知：接口类型：IIC接口；管脚定义：GND、VCC、SCL、SDA；GND：电源地；VCC：电源正极（供电3.3V-5V）；SCL：IC时钟线；分辨率：128*64；广可视角度：大于160度；低功耗：正常显示时0.06W；内部驱动芯片：SSD1306.这是我们最重要的几个参数，它与单片机的连接数意图如下图3.2.1.1所示：图3.2.1.1所示TFT连接示意图3.2.2语音播报模块电路DY-SV17F是自主研发的一款智能语音模块，集成IO分段触发，UART串口控制，ONE_line单总线串口控制，标准MP3等7种工作模式；板载5WD类功放，可直接驱动4Ω，3~5W喇叭；支持MP3,WAV解码格式，板载32Mbit（4MByte）flash存储，可通过USB数据线连接电脑更新音频文件。接口定义如下图3.2.2.1所示。图3.2.2.1所示DY-SV17F接口图3.3电路零件清单如下是在该设计中用到的硬件器件清单：图3.3.1所示器件清单名称型号数量单片机小系统STM32F103ZET61液晶显示屏TFT1语音播报模块DY-SV17F1扬声器模块扬声器1导线杜邦线若干其他焊锡等若干

4五子棋系统的软件设计4.1设计方法本设计采用模块化设计，所谓模块化设计，简单地说就是程序的编写不是开始就逐条录入计算机的语句和指令，而是首先用主程序、子程序、子过程等框架把软件的主要结构和流程描述出来，并定义和调试好各个框架之间的输入、输出链接和依赖性关系。逐步求精的结果是得到一系列以功能块为单位的算法描述。以功能块为单位进行程序设计，实现其求解算法的方法或完成某一独立功能的单位称为模块化。模块化的编程思想可以很好的降低编制软件的复杂度，使软件设计、调试和维护起来更加的简单方便。模块化设计，就是拆分成为能不同的各个部分。主程序采用回调函数读取各个模块的初始化数据，在各个子程序中，对本模块进行一些参数自定义，这样，方便阅读和修改。本设计软件所用编程软件为KeiluVision5，然后按照软件使用方法，建立工程文件，添加源文件，配置工程属性，最后进行程序编写，和调试。本设计主要软件程序有:主程序、液晶显示处理程序、语音播报子程序。4.2主程序的设计主程序中有各个模块的子程序调用，通过调用就能够访问该程度所在位置，使主程序简洁明了，程序设计过程中的大体流程图如下图4.2.1所示。图4.2.1所示主流程图4.3各模块的流程图设计4.3.1TFT液晶显示原理有机发光二极管，又叫做TFT，它的软件流程是先进行初始化操作，然后设置显示方式，最后将需要显示的内容显示到屏幕上，它的软件流程图如下所示：图4.3.1.1所示TFT流程图4.3.2语音播报模块流程图单片机控制IO组合触发（低电平有效）指定的曲目，一直循环播放指定曲目，电平释放（IO0-IO7恢复高电平）即停止播放。播放中途释放电平，即刻停止播放。播放过程busy有效，下图就是语音播报模块的软件流程图：图4.3.2.1所示语音播报模块软件流程图

5系统调试一个系统能否正常的工作，这是用户最关心的，检查系统的工作情况是必不可少的事，我们在准备好制作产品的准备工作以后就可以开始动工制作了，这时候就必须考虑功能是否满足要求，采集的数据显示的数据是否正确[]。检验它的过程就是把调试过程，调试分为硬件调试和软件调试两部分。在该设计中也不例外，接下的两小节主要就是介绍该设计中的硬件调试与软件调试。5.1硬件调试在硬件调试中，不管是采用分模块的调试方法还是采用整体的调试方法，我们通常调试电子电路的步骤如下：（1）检查电路不管是什么样的电路，是组装好的还是没有组装好的电子电路中，上电之前，都必须要按着电路原理图认真的仔细的检查，按照一定的顺序一个都不能漏掉。在检查的过程中主要查看的是电源部分是不是有问题，是不是接对了，存不存在短接的现象，二极管的方向和电解电容的方向有没有接反的情况，引脚是不是接正确了，焊接的板子要看是不是焊接牢固了等各个细节都必选考虑到位。（2）通电观察在上电之前做好了准备工作之后就要上电调试，首先注意的是电源电压值，这里我存在的一个问题就是我焊接好了用手机的数据线给他供电，发现液晶显示屏就是不亮，想来想去，没有问题，我就讲数据线从插座上拔下来插到我的电脑的USB接口上，TFT显示屏马上显示数据了。在通电后要先观察一下，有没有异常，比如有没有异味产生，冒烟等现象，出现问题不要紧张，马上关掉电源，仔细检查，排除故障后再次上电，等到一切稳定之后，在根据实际需要决定是否用示波器观察波形等操作，目的是能够确定电路能够正常的工作。（3）静态调试这一步静态调试的时候先不要直接加入输入信号，而是先加入各个级的工作电压和电流是否正常。对于产品的电压调试就比较简单，可以直接对其进行测量。如果是电流就通过电路板子中留的中断点进行测量，或者根据电阻值进行计算。（4）动态调试加上输入信号看它的输出信号是不是符合要求，如果电路的中输出信号不满足要求，可以调节电路中的电感元件或者电容元件等，知道输出满足要去的电流信号的波形，频率等相关信息。（5）指标调试当前面的静动态调试之后就可以对其进行指标调试，就是根据相关的技术指标或者数据是否达到了我们的要求，结果是不是符合我们的要求，如果不满足就还必须要对其进行修改，知道相应的数据或者技术指标达到我们的要求。调试过程中我遇到的问题及就觉办法：在硬件焊接都完成的时候要上电的时候用数据线接在手机插座上发现TFT灯不亮，我查了一下充电插座的输出电压电流是%V，2A的,我把它接到了5V/500mA的USB接口上发现OLED正常工作。5.2软件调试在软件调试过程中我所用的方法不是Debuge这种软件自带的程序调试方法，我所用的编程思想是模块化的编程思想，每一个模块都是分开的，先一个模块一个模块的编写代码，通过程序运行起来是否存在与预期结果不相符的情况，然后再适当的改动一些参数，就能得到我们想要的结果。在GPS模块编程的时候，我用的是最新的GT-U7这款GPS模块，导致它网上的资料就很少，程序编写好后运行都好着，没有问题，结果就是不对，我最后查阅资料才发现它的波特率设置错误了，应该讲波特率设置为38400，此时获取的数据就符合要求的[]。我习惯性的在软件设计过程中采用模块化的编程思想去解决问题，如果某一块的结果不符合要求，只需要改这一块的内容就可以，而不需要改变整个程序设计，大大降低了软件设计难度[]。在程序的设计过程中也提高了效率。

6结束语6.1结论该设计用STM32F103ZET6作为最小系统，借助语音播报模块，TFT液晶显示屏等一系列的传感器和外围电子器件，实现了五子棋的基本功能。如下图6.1.1所示就是该设计的实物图：图6.1.1所示为该系统的实物图6.1设计总结经过几个的努力实验，终于及时完成了本次的毕业设计与论文;至此已经完成了任务书的全部要求,成功的实现了游戏的开始,游戏的设置与游戏帮助等问题不过由于时间有些短暂，所以整个设计仍然存在一些问题与不足,如进行游戏是没有设置背景音乐等，不过还是有-些体会的。在此次毕业设计中，我意识到把理论知识转化成实际操作的重要性因为即使你再怎么博学，如果无法转换成实际的成果，别人就不会知道你，认可你。另外想要做好一件事，有时候你必须先会做其他的事情,比如在此次设计中,若想要实现人机对战模式就必须先实现画出棋盘，棋子，制定棋局规则，判断输赢等功能。有时候当你遇到你无法解决的困难时，你需要打破常规方法，另辟蹊径，从其他角度多番尝试，总会有方法实现的。6.2展望蓦然回首，大学四年转眼即到，仿佛2016年9月1日还在昨天一样，当时入学的样子依然记忆犹新。回首四年，从大一刚开始接触到高数，电路，到后来的数电，模电，再到计算机微机控制，自动控制技术，知识体系在不断的完善，知识储备也在逐渐丰盈。四年里有可敬可亲的老师们和同学们，在他们的共同帮助下，自己不断成长，学到了很多的知识。在本次的毕业设计中，我就深深的感受到了知识的就是力量，知识就是动力，有的同学拿到论文题目一头雾水，不知从何开始动手。有的同学知识体系没有建立起来，遇到问题不知道从何去找到解决的办法。从毕业设计中我能感受到我自己在单片机嵌入式领域确实花了精力的，从最开始的买的第一块清祥电子的AT89C52开始到友善之臂的mini2440再到现在STM32C8T6，自己一直在不断的前进。所以本次毕设比较轻松，几乎没有遇到难点。四年的总结就一句话，知识就是力量，虽然马上离开大学步入工作岗位，但是在大学养成的好习惯我还必须发扬和传承，技术方面我会更进一步，做到精益求精。嵌入式技术是一个具有很高的的实用价值的技术，学好它就是在为社会创造财富。我相信通过公司的实际项目的训练，我会更加的熟悉这个领域的知识，将所学的知识运用到实践中去无疑是对理论知识的检验。所以，我必须在该领域进一步的学习，做到活学活用。

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