基于Arduino的贪吃蛇游戏开发：硬件搭建与基础显示

引言：重温经典游戏的电子实现

贪吃蛇这款经典游戏承载着许多人的童年回忆。如今，借助Arduino开发板和LED点阵模块，我们可以亲手实现这个游戏的电子版本。本系列文章将详细讲解如何从零开始构建一个基于Arduino的贪吃蛇游戏。作为系列的第一篇，我们将重点介绍硬件搭建和基础显示部分。

硬件组件清单

在开始项目前，我们需要准备以下硬件组件：

组件	数量	说明
Arduino Uno开发板	1	主控制器
MAX72xx LED点阵模块	2	8×8 LED矩阵，用于游戏显示
按钮开关	2	用于控制蛇的移动方向
杜邦线	若干	用于连接各组件
面包板	1	方便电路搭建

为什么选择MAX72xx LED点阵？

MAX72xx是一种集成化的LED显示驱动器，具有以下优点：

只需3个数字引脚即可控制多个LED矩阵
内置亮度控制和扫描限制功能
支持级联多个模块，扩展显示面积
兼容SPI通信协议，编程简单

硬件连接详解

LED点阵模块连接

我们将两个8×8 LED点阵模块级联，形成一个8×16的显示区域。连接方式如下：

Arduino引脚	MAX72xx引脚	说明
11 (MOSI)	DIN	数据输入
13 (SCK)	CLK	时钟信号
10 (SS)	CS	片选信号
5V	VCC	电源正极
GND	GND	电源负极

级联时，第一个模块的DOUT连接到第二个模块的DIN。

按钮连接

两个按钮分别连接到Arduino的数字引脚2和3：

Arduino引脚	按钮功能
2	右转按钮
3	左转按钮

按钮的另一端连接到GND，Arduino内部上拉电阻使能，因此不需要外部电阻。

软件库安装

我们需要安装两个重要的Arduino库：

MD_MAX72xx - LED点阵控制库
MD_Parola - 文本滚动效果库（虽然游戏未使用其文本功能，但包含在项目中）

安装方法：

打开Arduino IDE
转到”工具” > “管理库…”
搜索”MD_MAX72xx”并安装
搜索”MD_Parola”并安装

基础显示原理

LED点阵坐标系

在8×8 LED点阵中，坐标系定义如下：

X轴（列）：从右到左，0-7
Y轴（行）：从下到上，0-7

对于级联的两个模块：

左侧模块：列地址7-0
右侧模块：列地址15-8

位图显示原理

在代码中，我们使用8位字节数组来表示LED状态：

1	volatile uint8_t bitmap[8] = {};

每个字节对应一列LED，字节中的每个位对应该列中的一个LED（0表示关闭，1表示点亮）。例如，bitmap[0] = 0b00000001表示第一列的最上面的LED点亮。

数字显示实现

游戏中的分数显示使用预定义的位图数组：

1
2
3

const uint8_t b0[8] = {0x1f, 0x11, 0x1f, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}; // 数字0
const uint8_t b1[8] = {0x00, 0x00, 0x1f, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}; // 数字1
// ...其他数字定义

显示分数时，根据分数值选择对应的位图：

void show_score() {
    if (score >= 10) {
        int n2 = int(score / 10);
        int n1 = score - n2 * 10;
        mx.setBuffer(15, 3, mylist[n2]); // 显示十位数
        mx.setBuffer(10, 3, mylist[n1]); // 显示个位数
    } else {
        mx.setBuffer(15, 3, mylist[score]); // 显示个位数
    }
}

初始化设置

首先声明对象：MD_Parola，用于控制MAX72xx LED点阵模块。

1	MD_MAX72XX mx = MD_MAX72XX(11, 13, 10, 2); // DIN, CLK, CS, 点阵数量

在Arduino的setup()函数中，我们需要初始化LED点阵和按钮：

void setup() {
    randomSeed(55688888); // 初始化随机数生成器
    mx.begin(); // 初始化LED点阵
    Serial.begin(9600); // 初始化串口通信（用于调试）
    
    // 设置按钮引脚为输入模式
    pinMode(2, INPUT_PULLUP); // 右转按钮
    pinMode(3, INPUT_PULLUP); // 左转按钮
    
    // 初始化蛇的起始位置
    snack_body[0][0] = 4; snack_body[0][1] = 1;
    snack_body[1][0] = 4; snack_body[1][1] = 2;
    snack_body[2][0] = 4; snack_body[2][1] = 3;
}

基础显示测试

在正式开发游戏前，我们可以编写一个简单的测试程序来验证LED点阵是否正常工作：

void test_display() {
    // 显示所有LED点亮
    for(int i = 0; i < 8; i++) {
        bitmap[i] = 0b11111111;
    }
    mx.setBuffer(7, 8, bitmap);
    delay(1000);
    
    // 显示对角线
    for(int i = 0; i < 8; i++) {
        bitmap[i] = 1 << i;
    }
    mx.setBuffer(7, 8, bitmap);
    delay(1000);
    
    // 显示数字0-9
    for(int i = 0; i < 10; i++) {
        mx.setBuffer(15, 3, mylist[i]);
        delay(500);
    }
}

总结与下期预告

在本章中，我们完成了贪吃蛇游戏的硬件搭建和基础显示功能。我们了解了MAX72xx LED点阵的工作原理，学习了如何显示位图和数字，并完成了项目的初始化设置。

在下一章中，我们将深入探讨游戏的核心逻辑实现：

蛇的移动算法与方向控制
食物生成与碰撞检测
游戏状态管理与结束判定
按钮输入与防抖处理

通过本章的学习，你应该能够搭建完整的硬件平台并实现基本的显示功能。在下一章中，我们将让这个硬件平台真正”活”起来，实现一个完整的贪吃蛇游戏。

项目源码：本文涉及的完整代码已上传到GitHub仓库 Arduino-Snake-Game

思考题：尝试修改位图数组，创建自定义图案并在LED点阵上显示。这将是理解LED点阵控制原理的绝佳练习！