【分享】2026智能工程学院 张益成&王飞腾&郭继源 极限跑酷

阿瓦达

一、作品简介

本作品《极限跑酷》是一款基于单片机的像素风休闲跑酷小游戏。系统以 T5L（增强型 C51 内核，主频 206.4384 MHz）单片机为主控，以迪文 DGUS 彩色触摸屏（800×480）为人机交互界面，采用 Keil C51 与迪文 DGUS 开发系统完成程序与界面设计。

游戏以黄昏城市天际线为背景，玩家控制的像素角色在画面中自动奔跑，途中需通过"跳跃"躲避不断涌来的三类障碍物（火焰、油桶、木箱），并可在游戏进行中随时切换低、中、高三档速度以调节难度；界面右上角实时显示得分，玩家可通过"暂停""结束""返回"等触摸按键灵活控制游戏进程。游戏具备完整的开始—进行—暂停—结束—返回流程，并辅以 PWM 驱动的 LED 呼吸灯实时指示游戏状态，交互直观、画面美观、趣味性与可玩性兼备。

作品的主要特点如下：

（1）人机交互友好：全部操作通过触摸屏按键完成，功能按键布局清晰、响应即时；

（2）画面美观完整：采用复古像素美术风格，黄昏城市天际线背景，角色与障碍物均为定制像素贴图，风格统一；

（3）玩法可调可控：三档速度随时切换，配合障碍物随机生成，兼顾娱乐性与挑战性；

（4）物理效果真实：跳跃采用抛物线运动学建模，动作流畅自然；

（5）状态指示清晰：PWM 呼吸灯在待机时呼吸闪烁、游戏中点亮、结束时恢复，实时反映游戏状态。

二、工作原理

本作品采用"主控单片机＋串口触摸屏"的主从分工架构：T5L 单片机负责全部游戏逻辑运算，迪文 DGUS 触摸屏负责界面显示与触摸输入采集，二者通过 DGUS 总线以 VP（变量存储区）地址直接读写数据实现交互。系统总体框图如图 1 所示。

图 1  系统总体框图

（一）系统硬件组成与总体架构

系统由电源、T5L 单片机、迪文 DGUS 触摸屏及 LED 指示灯组成。T5L 单片机作为系统主控，承担游戏状态机、运动学计算、障碍物随机生成与碰撞检测等核心逻辑；迪文 DGUS 屏与单片机以并行总线相连，承担界面绘制、图标动画播放、触摸按键采集以及文本与分数显示；单片机的 PWM0 通道输出占空比可调的方波驱动 LED，实现呼吸灯效果；电源为各模块提供稳定供电。

（二）单片机与 DGUS 屏的数据交互原理

DGUS 屏将触摸按键、图标动画、文本与数值等资源映射为若干连续编址的 VP 变量地址（本作品占用 0x1000～0xB000 区间）。单片机通过 sys_read_vp() 与 sys_write_vp() 函数对这些地址进行读写，从而完成人机交互：

输入类：触摸屏检测到按键动作后，将"启动、开始、跳跃、暂停、结束、返回、三档速度"等按键状态写入对应 VP 地址，单片机在主循环中反复读取并作出响应；

输出类：单片机将玩家坐标、障碍物坐标、游戏分数、图标动画启停、游戏结束提示等数据写入 VP 地址，驱动屏上对应控件刷新显示。

读写操作借助 8051 内部 DGUS 协处理器接口（ADR 地址寄存器、DATA0～DATA3 数据寄存器、APP_ACK 应答信号、APP_EN 使能信号）以并行总线方式完成，每次以一个 16 位字为单位传输，实现高速稳定的数据交换。

（三）游戏逻辑实现原理

1. 系统时基：定时器 2 配置为 1 ms 定时中断，为系统提供精确时基；游戏各帧节奏由延时控制，障碍物每 100 ms 移动一次，跳跃每 50 ms 积分一次。

2. 状态机设计：主程序按"启动待机→进入游戏→游戏主循环→游戏结束→返回"的层次组织，通过循环结构与按键标志变量实现页面与状态切换。

3. 角色运动模型：玩家水平位置固定（x=58），仅需处理竖直方向的跳跃。跳跃采用竖直上抛运动模型，初始竖直速度 vy=-24（向上），重力加速度 g=8，按 50 ms/帧积分更新（高度 h 累加速度 v，速度 v 累加 g/4），直至回落地面，形成流畅的抛物线轨迹；障碍物自屏幕右端 x=690 向左移动，水平速度分低（28）、中（40）、高（60）三档（单位：像素/0.2 s），每 100 ms 更新一次位置。

4. 障碍物生成与管理：系统维护至多 3 个障碍物对象（火焰 51×78、油桶 67×87、木箱 56×73），采用伪随机数 rand() 决定生成时间间隔（3～5 s）与移动时长（5.2～7.8 s），实现障碍物陆续出现、错落有致的游戏节奏。

5. 碰撞检测：将玩家与障碍物均简化为矩形，检测玩家矩形的四个顶点是否落入障碍物矩形范围，任一点命中即判定碰撞（has_hit=1），随即在屏幕中央显示"游戏结束！"提示并停止游戏逻辑。

6. 动画与反馈：通过写 VP 地址控制 DGUS 屏的图标动画（角色 4 帧跑步动画、障碍物图标）启停；游戏状态通过调节 PWM0 脉宽（0～100%）控制 LED 亮度实现指示。

主程序执行流程如图 2 所示。

图 2  主程序流程图

三、设计思路

（一）设计过程

1. 需求分析：明确以单片机为核心，实现一款可触摸操作、画面完整、具有娱乐性的休闲小游戏，强调人机交互直观与开发可行。

2. 方案选型：对比纯单片机点阵显示与"单片机＋串口屏"两种方案，最终选择 T5L 单片机与迪文 DGUS 屏组合。T5L 芯片内部集成 8051 内核与 DGUS 总线，天然适配迪文屏，显示与交互交由屏端完成、逻辑由单片机承担，开发效率高、画面表现力强。

3. 界面与美术设计：使用迪文 DGUS 开发工具绘制像素风格界面（启动页、游戏页），设计黄昏城市天际线背景，制作玩家 4 帧跑步动画与三类障碍物贴图，并配置触摸按键与 VP 地址映射。

4. 程序框架设计：按"系统初始化—启动待机—游戏主循环—结束返回"的状态机组织主程序，将运动学、障碍物管理、碰撞检测、动画控制等封装为独立函数模块，结构清晰、便于调试与维护。

5. 联调测试：逐项验证触摸操作响应、角色跳跃、障碍物移动与生成、碰撞判定、计分、暂停/结束/返回及呼吸灯指示，并根据操作手感微调速度、重力与障碍物参数。

（二）创新点

1. 架构创新："单片机＋DGUS 串口屏"主从分工，屏端完成全部显示与触控，主控专注游戏逻辑，软硬件耦合度低、开发高效、可移植性好。

2. 视觉创新：全套定制像素风美术，画面复古美观、风格统一，区别于传统数码管/点阵方案的低表现力。

3. 玩法创新：三档速度可调与障碍物随机生成相结合，既保证操作灵活性又维持挑战性，避免游戏枯燥。

4. 物理建模：以抛物线运动学实现跳跃，运动轨迹自然真实。

5. 交互反馈：PWM 呼吸灯实时指示游戏状态，增强沉浸感与操作体验。

演示视频：https://b23.tv/ISXKKuR

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