一、项目背景
硬禾课堂开展了“2021暑假练活动”，完成项目就能免费获得板卡，这让更多的同学们参与进来，让同学们学有成效，真正将所学知识用于实践。
二、项目要求
-
设计或移植一款经典的游戏，通过LCD屏显示，通过按键和旋转编码器控制
-
在游戏中要通过蜂鸣器播放背景音乐
三、项目功能
1.运行程序，按任意键游戏开始。
2.游戏时播放背景音乐。
3.根据得分调整贪吃蛇移动速率，调整游戏难度。
4.实时显示当前分数和历史最高分。
5.根据游戏结束后将游戏数据保存，待死亡动画结束后按任意键可重新开始游戏。
四、项目实现
拿到pico拓展功能板的第一件事肯定就是了解设备的具体信息，熟悉电路和引脚位置。我这里放上几张原理图，方便大家查阅。
PICO官方支持MicroPython和C/C++ 两种编程语言。考虑到为了使用现有的ST7789驱动显示屏，作者选择了使用MicroPython进行编程。
关于IDE的配置，MicroPython拥有很多不错的IDE,在这里给大家推荐Thonny，由爱沙尼亚的 Tartu 大学开发，轻量化的同时，兼具了很多必要的功能。具体的安装方法可以参见https://www.eetree.cn/project/detail/257。
为了往PICO中拷贝程序，我们还需要下载一个UF2文件，链接https://pico.org.cn/。将文件复制到PICO中之后，我们就可以开始对它进行编程了，准备好开始了吗？
为了实现项目要求，我一共编写了两个py文件，分别是game.py和snake.py，前者为游戏的主程序，后者涉及生命判断，图像显示等功能函数。
（一）图像显示模块
ST7789库提供了pixel，line，fill等强大的功能，本项目首先初期采用单纯的pixel函数，得到的贪吃蛇太过于细长，将单个像素点扩充为一个边长为9的正方形，然后采用pixel函数对正方形中的每一个点进行绘制，增加了蛇的宽度。蛇身移动的基本逻辑为添头+去尾（将原有的区域重新填涂为黑色），具体代码如下。（其中苹果采用相同的方法绘制，颜色选用红色）
def multiple(a):
l=[]
for i in range(a[0]-4,a[0]+5):
for j in range(a[1]-4,a[1]+5):
l.append([i,j])
return ldef snake_oled(display,apple,snake,l2):
for i in multiple(apple):
display.pixel(i[0],i[1],st7789.RED)
for n in multiple(snake[0]):
display.pixel(n[0],n[1],st7789.WHITE)
for c in multiple(l2):
display.pixel(c[0],c[1],st7789.BLACK)（二）生死判断与得分判断
贪吃蛇一共有两种死亡方式，第一种为撞墙，第二种是吃到了自己的尾巴。检测方法非常简单，第一种表现为蛇头坐标超出范围，第二种表现为蛇头坐标与某一蛇身坐标相同。
得分判断方法相似，代码如下：
def juggl(self):
head=self.snake[0]
if head in self.snake[1:]:
return False
if head[0]<10 or head[0]>230 or head[1]<70 or head[1]>230:
return False
return True
def jugga(self,snakes):
if self.apple in snakes:
self.randapple()
return True
else:
return False
（三）方向控制
由于PICO拓展版只给了两个按键，我才用了一种有些别扭的操作方式，即Key1对应逆时针转弯（面向前进方向的左转），Key2对应顺时针旋转（面向前进方向的右转）。具体的实现方式为将上、右、下、左四个前进方向映射为0、1、2、3四个数字。当Key1按下时，数字减一，如从2变化到1，即实现了一次逆时针旋转。代码如下：
def do(self,types=1,q=1):
ne=[]
if types==0:
m=0
n=-10
elif types==1:
m=10
n=0
elif types==2:
m=0
n=10
elif types==3:
m=-10
n=0
l=self.snake[0]
ne=[l[0]+m,l[1]+n]
if self.juggl():
if self.jugga(self.snake):
q=[ne,]+self.snake
self.snake=q
else:
q=[ne,]+self.snake
self.snake=q
self.snake.pop()
return True
else:
return False
（四）音频播放
关于音频播放的模块，我参考了别人写的一个库，具体可参考https://www.eetree.cn/project/detail/272。
先将部分代码以buzzer_music.py为文件名保存在pico中。然后再在程序主循环中加入乐符发声的语句就可以了，因为为我们的游戏主程序也是一个循环。大家也可以根据自己的喜好选择合适的音乐进行播放，或者使用耳机来输出。代码如下
"""
Micropython (Raspberry Pi Pico)
Plays music written on onlinesequencer.net through a monophonic passive piezo buzzer.
Uses fast arpeggios to simulate polyphony
https://github.com/james1236/buzzer_music
"""
from machine import Pin, PWM
from math import ceil
tones = {
'C0':16,
'C#0':17,
'D0':18,
'D#0':19,
'E0':21,
'F0':22,
'F#0':23,
'G0':24,
'G#0':26,
'A0':28,
'A#0':29,
'B0':31,
'C1':33,
'C#1':35,
'D1':37,
'D#1':39,
'E1':41,
'F1':44,
'F#1':46,
'G1':49,
'G#1':52,
'A1':55,
'A#1':58,
'B1':62,
'C2':65,
'C#2':69,
'D2':73,
'D#2':78,
'E2':82,
'F2':87,
'F#2':92,
'G2':98,
'G#2':104,
'A2':110,
'A#2':117,
'B2':123,
'C3':131,
'C#3':139,
'D3':147,
'D#3':156,
'E3':165,
'F3':175,
'F#3':185,
'G3':196,
'G#3':208,
'A3':220,
'A#3':233,
'B3':247,
'C4':262,
'C#4':277,
'D4':294,
'D#4':311,
'E4':330,
'F4':349,
'F#4':370,
'G4':392,
'G#4':415,
'A4':440,
'A#4':466,
'B4':494,
'C5':523,
'C#5':554,
'D5':587,
'D#5':622,
'E5':659,
'F5':698,
'F#5':740,
'G5':784,
'G#5':831,
'A5':880,
'A#5':932,
'B5':988,
'C6':1047,
'C#6':1109,
'D6':1175,
'D#6':1245,
'E6':1319,
'F6':1397,
'F#6':1480,
'G6':1568,
'G#6':1661,
'A6':1760,
'A#6':1865,
'B6':1976,
'C7':2093,
'C#7':2217,
'D7':2349,
'D#7':2489,
'E7':2637,
'F7':2794,
'F#7':2960,
'G7':3136,
'G#7':3322,
'A7':3520,
'A#7':3729,
'B7':3951,
'C8':4186,
'C#8':4435,
'D8':4699,
'D#8':4978,
'E8':5274,
'F8':5588,
'F#8':5920,
'G8':6272,
'G#8':6645,
'A8':7040,
'A#8':7459,
'B8':7902,
'C9':8372,
'C#9':8870,
'D9':9397,
'D#9':9956,
'E9':10548,
'F9':11175,
'F#9':11840,
'G9':12544,
'G#9':13290,
'A9':14080,
'A#9':14917,
'B9':15804
}
#Time, Note, Duration, Instrument (onlinesequencer.net schematic format)
#0 D4 8 0;0 D5 8 0;0 G4 8 0;8 C5 2 0;10 B4 2 0;12 G4 2 0;14 F4 1 0;15 G4 17 0;16 D4 8 0;24 C4 8 0
class music:
def __init__(self, songString, looping=True, tempo=3, duty=2512):
self.tempo = tempo
self.song = songString
self.looping = looping
self.duty = duty
self.stopped = False
self.timer = -1
self.beat = -1
self.arpnote = 0
self.pwm = PWM(Pin(16))
self.notes = []
self.playingNotes = []
self.playingDurations = []
#Find the end of the song
self.end = 0
splitSong = self.song.split(";")
for note in splitSong:
snote = note.split(" ")
testEnd = round(float(snote[0])) + ceil(float(snote[2]))
if (testEnd > self.end):
self.end = testEnd
#Create empty song structure
while (self.end > len(self.notes)):
self.notes.append(0)
#Populate song structure with the notes
for note in splitSong:
snote = note.split(" ")
beat = round(float(snote[0]));
if (self.notes[beat] == 0):
self.notes[beat] = []
self.notes[beat].append([snote[1],ceil(float(snote[2]))]) #Note, Duration
#Round up end of song to nearest bar
self.end = ceil(self.end / 8) * 8
def stop(self):
self.pwm.deinit()
self.stopped = True
def tick(self):
if (not self.stopped):
self.timer = self.timer + 1
#Loop
if (self.timer % (self.tempo * self.end) == 0 and (not (self.timer == 0))):
if (not self.looping):
self.stop()
return False
self.beat = -1
self.timer = 0
#On Beat
if (self.timer % self.tempo == 0):
self.beat = self.beat + 1
#Remove expired notes from playing list
i = 0
while (i < len(self.playingDurations)):
self.playingDurations[i] = self.playingDurations[i] - 1
if (self.playingDurations[i] <= 0):
self.playingNotes.pop(i)
self.playingDurations.pop(i)
else:
i = i + 1
#Add new notes and their durations to the playing list
"""
#Old method runs for every note, slow to process on every beat and causes noticeable delay
ssong = song.split(";")
for note in ssong:
snote = note.split(" ")
if int(snote[0]) == beat:
playingNotes.append(snote[1])
playingDurations.append(int(snote[2]))
"""
if (self.beat < len(self.notes)):
if (self.notes[self.beat] != 0):
for note in self.notes[self.beat]:
self.playingNotes.append(note[0])
self.playingDurations.append(note[1])
#Only need to run these checks on beats
if ((len(self.playingNotes) == 0)):
self.pwm.duty_u16(0)
elif (len(self.playingNotes) == 1):
#Play note
self.pwm.duty_u16(self.duty)
self.pwm.freq(tones[self.playingNotes[0]])
#Play arp of all playing notes
if (len(self.playingNotes) > 1):
self.pwm.duty_u16(self.duty)
if (self.arpnote >= len(self.playingNotes)):
self.arpnote = 0
self.pwm.freq(tones[self.playingNotes[self.arpnote]])
self.arpnote = self.arpnote + 1
return True
else:
return False五、项目总结
本次活动是我第一次尝试单片机编程，勇敢的迈出了第一步，由于本人刚刚大一，受限于专业知识水平，和实践经验的不足。对于很多东西，尤其是硬件方面的逻辑还不甚了解，这是下一步要学习的内容。经验的话就是不要对一些自己不太了解的东西感到害怕，学会在探索中学习。再一点就是模块化编程很重要。
本项目的不足与改进：第一是，由于游戏主程序比较长，在运行时偶尔会出现按键检测失灵的情况，需要玩家进行一定的适应。第二是编程风格的问题，由于自己不太记得对程序进行注释，导致程序可读性的下降。
最后感谢电子森林、硬禾学堂提供这次学习交流的机会。
大家有任何问题的话可以通过B站私信我。
