科技學(xué)堂

概述

“跟我一起做”是一款記憶類游戲機(jī)，由3個(gè)LED燈和3個(gè)按鍵組成。游戲總共設(shè)置了10個(gè)關(guān)卡。開始時(shí)，LED燈會(huì)按一定順序閃爍，閃爍結(jié)束后，玩家需要依次按下3個(gè)對(duì)應(yīng)的按鈕。如果順序一致，進(jìn)入更有挑戰(zhàn)性的下一關(guān)_如果按錯(cuò)按鈕，游戲結(jié)束。游戲用Arduino設(shè)計(jì)，在制作過程中學(xué)生能夠得到計(jì)算思維和編程能力的鍛煉。

適合年齡

初中到高中

功能材料

Arduino UNO板（如有一體主板，可直接使用，如無一體主板，可安裝IO擴(kuò)展板使用），LED模塊×3，按鍵模塊×3，3p連接線×6

結(jié)構(gòu)材料

瓦楞紙板、彩色卡紙、藍(lán)泥膠、束線帶、裝飾貼紙

思路分析

在制作開始前，我們應(yīng)該先理清整個(gè)游戲的思路，才能更好地設(shè)計(jì)游戲機(jī)的程序。我們可以先繪制流程圖，讓你的思路更加明確。

程序設(shè)計(jì)

步驟1：硬件連接

分別將藍(lán)、紅、黃3個(gè)按鈕杜邦接口端接在Arduino的5、6、7接口上，再將藍(lán)、紅、黃3個(gè)LED杜邦接口接在Arduino的8、9、10接口上。

步驟2：變量初始化

首先，要將所有在這個(gè)程序中需要用到的變量先聲明好。這里我們需要聲明的分別有按鍵接口、LED燈接口、保存關(guān)卡數(shù)組LedA、保存玩家輸入答案用數(shù)組UserLed、一個(gè)專門記錄目前關(guān)卡數(shù)的變量Level，以及通往下一關(guān)的布爾變量nextL。程序如下。

步驟3：程序初始定義

在游戲開始之前，程序中與硬件溝通相關(guān)的指令，都需在setup（）函數(shù)中完成預(yù)先聲明。在這里我們要聲明輸入輸出接口、隨機(jī)種子、開始使用串口溝通的指令。程序如下。

步驟4：設(shè)置關(guān)卡題目

在游戲開始之前，我們必須先將游戲關(guān)卡新題目準(zhǔn)備好。為了不讓主程序過于冗長(zhǎng)，我們可以將設(shè)置關(guān)卡題目功能寫進(jìn)restartLeds（）函數(shù)中，這樣，每一個(gè)游戲回合結(jié)束后調(diào)用1次即可。該函數(shù)需要通過隨機(jī)種子運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果運(yùn)用循環(huán)一一存儲(chǔ)到關(guān)卡數(shù)組中。程序如下。

步驟5：闖關(guān)結(jié)果燈號(hào)函數(shù)

我們讓LED燈會(huì)顯示出不同的狀態(tài)，用來表示玩家的闖關(guān)結(jié)果。當(dāng)玩家闖關(guān)成功，LED燈顯示為流水燈；當(dāng)玩家闖關(guān)失敗，3盞LED燈同時(shí)閃爍。為了表示這個(gè)狀態(tài)，我們需要設(shè)計(jì)2組函數(shù)，分別表示闖關(guān)成功和失敗。程序如下。

范例程序僅供參考，你可以發(fā)揮自己的創(chuàng)意，讓LED燈顯示不同的狀態(tài)。

步驟6：按鍵偵測(cè)函數(shù)

我們還需要設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)讓按鍵和相應(yīng)顏色的LED燈對(duì)應(yīng)起來。程序如下。

步驟7：顯示關(guān)卡題目函數(shù)

在步驟4中，我們已經(jīng)把每一關(guān)的題目函數(shù)設(shè)置好，但并沒有用LED燈顯示出來。在這一步，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)，用LED燈顯示步驟4的題目。程序如下。

步驟8：主程序

聲明完所有的函數(shù)之后，就可以開始設(shè)計(jì)主程序。由于游戲需要重復(fù)執(zhí)行，所以整個(gè)主程序需要寫在loop（）函數(shù)中。主程序分為2個(gè)部分：關(guān)卡判斷和答案判斷，其中，答案判斷程序嵌套在關(guān)卡判斷的While語句中。

·關(guān)卡判斷。主程序需要判斷玩家是否通關(guān)，它判斷2個(gè)變量：Level和nextL。Level變量是確認(rèn)玩家是否通過全部關(guān)卡，當(dāng)所處關(guān)卡不小于總關(guān)卡數(shù)，即處于最高關(guān)卡時(shí)，有可能闖關(guān)成功，否則繼續(xù)進(jìn)入游戲；布爾變量nextL記錄玩家是否通關(guān)，若為false，代表闖關(guān)失敗。

只有在布爾變量nextL為true，且所處關(guān)卡不小于總關(guān)卡數(shù)時(shí)，程序才會(huì)調(diào)用winnerDance（）函數(shù)發(fā)出表示勝利的流水燈。

·答案判斷。定義一個(gè)新的局部變量ubc，用來計(jì)算玩家按鍵次數(shù)。同時(shí)調(diào)用w4press（）按鍵偵測(cè)函數(shù)，將其返回值保存至userLED數(shù)組中，并核對(duì)玩家記錄數(shù)組userLED和題目數(shù)組LedA中的內(nèi)容是否一致。若不一致，將nextL設(shè)為false，闖關(guān)失敗，并將ubc變量改為低于目前關(guān)卡數(shù)的Level變量跳出循環(huán)結(jié)束判斷。程序如下。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

完成“跟我一起做”游戲機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)之后，我們還需要為游戲機(jī)制作一個(gè)外殼，以擁有更好的游戲體驗(yàn)。

步驟1：切割1塊10cm×13cm長(zhǎng)方形紙板和1塊10cm×10cm紙板，將它們垂直粘貼起來，作為游戲機(jī)的底板和背板。

步驟2：用藍(lán)泥膠將Arduino板、LED模塊、按鍵模塊粘貼到紙板上，并用束線帶將線纜捆扎起來。

步驟3：用紙板制作游戲機(jī)的側(cè)面和頂部。注意留出Arduino板的數(shù)據(jù)接口和電源接口。

步驟4：裁出一段長(zhǎng)方形彩色卡紙，在按鍵和LED燈的對(duì)應(yīng)處挖出圓形窗口。將彩色卡紙粘貼在游戲機(jī)的正面。最后粘貼上裝飾貼紙，“跟我一起做”游戲機(jī)就完成了。連上電源線，玩起游戲機(jī)啦！