基于傾角控制的LED骰子游戲的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

III緒論1.1課題研究背景互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代正在發(fā)展，信息化時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，智能生活讓人們的生活更加方便，更加充滿趣味性。自1987年，中國(guó)就把“智能模擬”作為國(guó)家科學(xué)發(fā)展規(guī)劃的主要研究課題，從理論到實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐研究，再到一些高端領(lǐng)域的應(yīng)用，無(wú)疑是為智能全面化鑒定基礎(chǔ)。智能的作用在于大大提高工業(yè)生產(chǎn)效率，以最小的成本獲取最大的收益。以智能取代傳統(tǒng)的現(xiàn)象早已司空見(jiàn)慣，譬如流水線上的員工已經(jīng)可以被機(jī)械臂機(jī)器人等取代掉，譬如火鍋界著名名牌海底撈，也推出了智能服務(wù)員，取代了原先的服務(wù)員，公車的售票員也漸漸被打卡機(jī)取代，單一重復(fù)性的工作，也將逐漸被智能機(jī)器代勞。不僅是生活、學(xué)習(xí)、工作方面，人們?cè)趭蕵?lè)方面也逐漸偏向智能化，比如VR虛擬現(xiàn)實(shí)，讓人身臨其境，全息影像使得影視界更加光彩奪目。那么在如今信息智能時(shí)代下，傳統(tǒng)游戲又有何境遇？比如最熟悉的一種就是傳統(tǒng)骰子，這是一種人人愛(ài)玩的桌面游戲，是人類文明的一部分，而隨著智能電子產(chǎn)品的崛起，普通桌面游戲越來(lái)越淡出人們的視線，在快餐娛樂(lè)的時(shí)代下，人們樂(lè)于放眼在短暫又輸入量大的小視頻，捧著ipad，電腦，手機(jī)，沉浸在靜態(tài)又快餐的娛樂(lè)中，對(duì)擲骰子等傳統(tǒng)桌面游戲越來(lái)越嗤之以鼻，時(shí)代的腳步馬不停蹄，勇于創(chuàng)新才不會(huì)被淘汰，所以本設(shè)計(jì)以日常游戲?yàn)榛A(chǔ)，通過(guò)模擬一個(gè)傳統(tǒng)骰子的游戲，以Arduino作為核心、傾角作為控制的實(shí)驗(yàn)，達(dá)到電子技術(shù)模擬傳統(tǒng)游戲的目的，力求在傳統(tǒng)上增添創(chuàng)新與趣味。開發(fā)板Arduino起源于意大利一所交互式設(shè)計(jì)學(xué)院(InteractionDesignInstituteIvrea(IDII)，起初學(xué)院的老師覺(jué)得沒(méi)有簡(jiǎn)便又操作性強(qiáng)的微控制器供學(xué)生學(xué)習(xí)，于是這個(gè)老師決定與學(xué)院的某個(gè)電子工程師合作，自己設(shè)計(jì)適用的電路板，于是這種低門檻并且教學(xué)性優(yōu)良的電路板Arduino由此誕生。本設(shè)計(jì)將應(yīng)用Arduino的最新版本ArduinoUNOR3,優(yōu)秀的穩(wěn)定性與高效性可為本設(shè)計(jì)給予有力的支持。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)階段對(duì)于智能模擬傳統(tǒng)游戲的研究尚為少數(shù)，但仍有以模擬游戲作為興趣方向進(jìn)行研究的學(xué)者，起初版本的電子骰子以Arduino控制數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)單一數(shù)據(jù)顯示，而后臺(tái)代碼以偽隨機(jī)函數(shù)進(jìn)行輸入，在每次閃爍一定時(shí)間后，最后顯示的點(diǎn)數(shù)會(huì)變成固定數(shù)，趣味性以及隨機(jī)性差強(qiáng)人意，后來(lái)對(duì)電子骰子改良，通過(guò)傾角傳感器、震動(dòng)傳感器、以及編程方面的隨機(jī)數(shù)、數(shù)字輸入等引入，才增強(qiáng)了電子骰子的交互性、實(shí)用性、趣味性。開發(fā)板Arduino在國(guó)外新手領(lǐng)域較出名，Arduino本身是一個(gè)開源的計(jì)算機(jī)硬件，設(shè)計(jì)與制造工具包來(lái)創(chuàng)建數(shù)字設(shè)備與客戶端交互式對(duì)象，以感知和控制物理世界。這款小型的開放源碼(opensource)設(shè)備創(chuàng)造了一個(gè)新市場(chǎng)空間，同時(shí)賦予其他現(xiàn)有和新興設(shè)備更強(qiáng)大的能力。來(lái)自澳洲西澳大學(xué)的一個(gè)學(xué)生團(tuán)(JessArmstrong、RayBarker和GeoffreyChannon)，對(duì)Arduino進(jìn)行了增強(qiáng)設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)將其計(jì)劃稱為Spysea，Spysea應(yīng)用于海軍艦艇，主要功能為實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)自攝影機(jī)饋送。Spysea使用Arduino作為無(wú)人機(jī)的核心控制器，并與導(dǎo)航傳感器、指南針、距離傳感器以及馬達(dá)等相結(jié)合，采用19mmPVC管線連接攝像機(jī)，設(shè)計(jì)一個(gè)海上軍用監(jiān)控系統(tǒng)。傾角技術(shù)為本系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，現(xiàn)如今國(guó)外關(guān)于傾角技術(shù)的研發(fā)水平已相當(dāng)先進(jìn)，國(guó)外進(jìn)口的傾角傳感器較昂貴，而中國(guó)前幾年對(duì)于傾角傳感器的需求較大，基本通過(guò)進(jìn)口獲取，由此設(shè)備成本較高。隨著中國(guó)科技發(fā)展，越來(lái)越多國(guó)內(nèi)資深研發(fā)人員投入到傾角傳感器的研發(fā)中，因此現(xiàn)在的中國(guó)傾角傳感器技術(shù)邁出了嶄新一步。傾角傳感器在中國(guó)市場(chǎng)是存在著巨大潛力，有數(shù)據(jù)表明：中國(guó)自2005年需要8-10億直傳感器，到今天的14億，每年的傾角傳感器的需求量都要遞增21%[1]。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的和要求2.1研究目的及意義互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，多方面實(shí)現(xiàn)智能化，生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂(lè)越來(lái)越離不開電子產(chǎn)品，許多無(wú)創(chuàng)新的事物逐漸被淘汰，本系統(tǒng)在傳統(tǒng)基礎(chǔ)上加入電子元器件，增加趣味性,作為一項(xiàng)模擬游戲的電子項(xiàng)目，它的設(shè)計(jì)與制作過(guò)程，都很適合鍛煉動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)能力。Arduino作為極富教學(xué)性電路板，它的作用可在本設(shè)計(jì)中得到充分體現(xiàn)，作為入門級(jí)電路板，本系統(tǒng)也十分適合激發(fā)初學(xué)者對(duì)嵌入式的開發(fā)熱情。如今信息化時(shí)代，編程也逐漸變成一種潮流，很多家長(zhǎng)給孩子報(bào)名編程的興趣班，既鍛煉孩子邏輯思維能力，又能順應(yīng)現(xiàn)代科技潮流，畢竟如今智能化風(fēng)潮已經(jīng)席卷而來(lái)，未來(lái)將會(huì)是更加科技智能化的時(shí)代。而電子領(lǐng)域道行頗深，許多關(guān)于電子入門都是從簡(jiǎn)單的LED、Arduino開始，由簡(jiǎn)入難，循序漸進(jìn)才是正確的學(xué)習(xí)過(guò)程，所以本設(shè)計(jì)基于Arduino和LED設(shè)計(jì)的模擬骰子系統(tǒng)，其中包括許多基礎(chǔ)知識(shí)，并且實(shí)驗(yàn)過(guò)程見(jiàn)效顯著，可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的信心，從而更有毅力去探索更多方向。傳統(tǒng)骰子的模擬，將普遍游戲以一種較新穎的方式呈現(xiàn)，具有趣味性和教學(xué)性。2.2研究方法及要達(dá)到的要求要達(dá)到實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)目的，首先必須要有明確的設(shè)計(jì)思路和流程，設(shè)計(jì)前期可以廣泛收集與查閱相關(guān)資料，以及了解現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上外界對(duì)于類似系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所使用到的技術(shù)以及設(shè)計(jì)理念，最后通過(guò)預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行推斷以及設(shè)計(jì)需求分析，中期通過(guò)根據(jù)需求分析設(shè)計(jì)系統(tǒng)、設(shè)計(jì)框架、明確要使用的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言以及方法、對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)；后期則要進(jìn)行硬件傳感器，核心板，LED燈的連接設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行代碼實(shí)現(xiàn)，最后階段進(jìn)行軟硬件調(diào)試，測(cè)試等。整體系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)骰子與電子骰子的不同，力求在創(chuàng)新方面更勝一籌，設(shè)計(jì)出新穎的骰子游戲。后期硬件方面做好更多可靠器件，使得系統(tǒng)能在使用過(guò)程中更加穩(wěn)定。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1Arduino模塊 3.1.1Arduino簡(jiǎn)介 Arduino向來(lái)深受電子入門學(xué)者的喜愛(ài)，它含有各類型的Arduino板和軟件ArduinoIDE，易于開發(fā)，簡(jiǎn)單便捷。Arduino構(gòu)建于開放原始碼simpleI/O介面版，并且自帶類似Java、C語(yǔ)言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境，它主要分為硬件Arduino電路板部分和軟件ArduinoIDE（即所寫代碼程序的環(huán)境）部分[4]。使用Arduino整套系統(tǒng)過(guò)程中，在IDE中寫好代碼，通過(guò)燒錄線將程序燒到板子上，Arduino便會(huì)執(zhí)行所燒的程序，實(shí)現(xiàn)代碼功能。作為開源硬件開發(fā)平臺(tái)的Arduino，它的優(yōu)秀在于能使許多開發(fā)者的項(xiàng)目快速地開發(fā)，極大減少了學(xué)習(xí)成本，縮短開發(fā)周期。在本設(shè)計(jì)中將使用ArduinoUNO版本，UNO的核心處理器為ATmega328，同時(shí)具有6路模擬輸入，14路數(shù)字輸入/輸出口（其中6路可作為PWM輸出）、一個(gè)16MHz晶體振蕩器、一個(gè)電源插座、一個(gè)復(fù)位按鈕、一個(gè)ICSPheader和一個(gè)USB口[4]。Arduino最主要是通過(guò)各種傳感器實(shí)現(xiàn)各種功能，比如通過(guò)紅外線、超聲波、熱敏、火焰?zhèn)鞲衅鞯葋?lái)感知并影響環(huán)境[5]，而本設(shè)計(jì)將應(yīng)用傾角傳感器來(lái)判斷電子骰子震動(dòng)搖晃情況。3.1.2ArduinoUNO系統(tǒng)原理當(dāng)前本設(shè)計(jì)應(yīng)用Arduino最新版本ArduinoUNO，其處理器核心為\o"ATmega328"ATmega328。圖3-SEQ圖4-\*ARABIC1ArduinoUNO原理圖ArduinoUNO各接口說(shuō)明：（1）14路數(shù)字I/O口:最大電流為40mA，工作電壓為5V。（2）串口信號(hào)RX\TX:分別對(duì)應(yīng)0、1號(hào)腳，其中提供TTL電壓水平的串口負(fù)責(zé)接受信號(hào)，內(nèi)部與ATmega8U2USB-to-TTL芯片相連。（3）外部中斷（2、3）：作為觸發(fā)如上升沿、下降沿或同時(shí)觸發(fā)三種方式的引腳，主負(fù)責(zé)外部中斷。（4）SPI(10(SS)，11(MOSI)，12(MISO)，13(SCK))：SPI通信接口。（5）LED（13）：專門用于測(cè)試LED，輸出為高時(shí)點(diǎn)亮LED。（6）RESET:復(fù)位引腳，引腳信號(hào)為低時(shí)復(fù)位。（7）AREF：參考電壓(模擬輸入信號(hào))。3.2傾角傳感器模塊3.2.1傾角傳感器簡(jiǎn)介傾角傳感器經(jīng)常用于水平角度測(cè)量，且隨著科技快速發(fā)展，傾角技術(shù)的研究一直在突破，比較過(guò)去的水泡水平儀，現(xiàn)如今的電子水平儀更精確更自動(dòng)化，同時(shí)也體現(xiàn)出電子傾角測(cè)量技術(shù)正在迅速發(fā)展，傾角技術(shù)未來(lái)可期。作為一種測(cè)量工具，它在土木工程、鐵路鋪設(shè)、石油鉆井、航空航海、橋梁設(shè)計(jì)、機(jī)械加工等扮演著舉足輕重、不可或缺的重要角色。目前最高精度傾角傳感器為基于電容式3D-MEMS技術(shù)的單軸傾斜角度傳感器，出色的可靠性和高精度使得它在一些重要場(chǎng)合得以重用,如定向衛(wèi)星通訊天線的俯仰角測(cè)量、船舶航行姿態(tài)測(cè)量、地質(zhì)設(shè)備傾斜監(jiān)測(cè)、雷達(dá)車輛平臺(tái)檢測(cè)等重要應(yīng)用[6]。3.2.2傾角傳感器基本原理傾角傳感器的基礎(chǔ)理論為牛頓第二定律：當(dāng)系統(tǒng)無(wú)法測(cè)量速度時(shí)，可以測(cè)量其加速度。已知初速度，通過(guò)積分算出線速度，進(jìn)而可計(jì)算出直線位移，所以實(shí)際上它是運(yùn)用慣性原理的一種加速度傳感器[6]。當(dāng)傾角傳感器處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，通過(guò)受力分析可得出，作用于上方的只有重力加速度，由此可知重力垂直軸和傳感器內(nèi)部的靈敏軸之間為傾斜角。部分傾角傳感器具有一定角度置零功能，適用于一些用完即可調(diào)整歸零的場(chǎng)合，將傾角傳感器置于某一位置，在使用之前使用置零功能將數(shù)據(jù)清零，清零后傳感器測(cè)量出來(lái)的就是相對(duì)該位置的角度。3.2.3SW-520D滾珠原理及應(yīng)用本設(shè)計(jì)應(yīng)用到基于SW-520D滾珠開關(guān)的傾角傳感器，即滾珠型傾斜感應(yīng)單方向性觸發(fā)開關(guān)。滾珠開關(guān)（又稱鋼珠開關(guān)、珠子開關(guān)），是一種較為簡(jiǎn)單的傾角傳感器，其原理為通過(guò)不同受力情況下的珠子滾動(dòng)接觸導(dǎo)針來(lái)控制電路接通或斷開，在受到外力作用的懸掛鋼珠（傾斜開關(guān)探頭）偏離垂直超過(guò)閾值（15度）時(shí)，傾斜傳感器便觸發(fā)動(dòng)作。簡(jiǎn)而言之，便是將其傾斜傳感器比喻平時(shí)做的電燈泡實(shí)驗(yàn)一樣，電池金屬頭接觸電燈泡下端的金屬板時(shí)，燈泡就亮，拿開電池就滅，傾角傳感器也是這個(gè)原理，利用滾珠開關(guān)判斷角度大小進(jìn)行觸發(fā)控制。類似滾珠原理的傳感器目前在市場(chǎng)上有許多應(yīng)用，最為常見(jiàn)的是角度感應(yīng)開關(guān)、高心力感應(yīng)開關(guān)、震動(dòng)感應(yīng)開關(guān)等，中國(guó)是滾珠開關(guān)的消費(fèi)大國(guó)，它的重要性不言而喻，在很多領(lǐng)域都需要用到滾珠開關(guān)，例如電子玩具、工地水平測(cè)量設(shè)備、警報(bào)器等。由于滾珠開關(guān)整體體積較小，占空間不大，也會(huì)在微小場(chǎng)合應(yīng)用，比如數(shù)碼相框的旋轉(zhuǎn)屏幕、手機(jī)重力感知、腳踢車燈等，凡是需要檢測(cè)物體角度、位置、震動(dòng)、旋轉(zhuǎn)變化的場(chǎng)合，滾珠開關(guān)是一個(gè)簡(jiǎn)單且實(shí)用的選擇。過(guò)去的傾角傳感器會(huì)用水銀開關(guān)作為觸發(fā)元件，但由于各地方政府開始提倡環(huán)保禁用水銀，才漸漸用滾珠替代水銀。雖然滾珠開關(guān)在檢測(cè)角度等方面較為方便，但也有一些不足，如角度閾值不夠精確，以及太過(guò)死板，有角度限制等。3.3LED指示燈模塊3.3.1LED簡(jiǎn)介本系統(tǒng)基于7個(gè)LED的實(shí)現(xiàn)，它實(shí)際上是一個(gè)發(fā)光二極管，本質(zhì)上是個(gè)一端正極一端負(fù)極的PN型半導(dǎo)體晶體，P型內(nèi)部為空穴，與存放電子的N型相連接，形成典型的PN結(jié)。當(dāng)導(dǎo)線有電流通過(guò)時(shí)，N型半導(dǎo)體的電子被推向另一端，P端的空穴與其相遇會(huì)釋放以光子形式散發(fā)的能量。3.3.2LED背景及特色在20世紀(jì)60初，研究者最早使用材料為只能發(fā)紅光的GaAsP制作LED光源，當(dāng)時(shí)技術(shù)與材料都遠(yuǎn)不如今日先進(jìn)和豐富，電流為20毫安的情況下，光通量?jī)H千分之幾個(gè)流明，效果不夠顯著。后來(lái)LED顏色在70年代中期開始豐富起來(lái)，漸漸出現(xiàn)綠色、黃光等，并且隨著材料的逐漸豐富，相應(yīng)的光效也在提高。到80年代初，便出現(xiàn)GaAlAsde的光源，光視效能達(dá)到10流明/瓦，到2000年，LED在(λp=530nm)的綠色區(qū)域下，光視效能可以達(dá)到50流明/瓦[2]。LED的最大特色在于環(huán)保輕便，同樣瓦數(shù)下，普通的白熾燈光視效能僅40流明/瓦，既不高效也不環(huán)保，LED的發(fā)光亮度比白熾燈高，并且LED是完全封裝在無(wú)毒環(huán)保的環(huán)氧樹脂中，這種材料可以回收利用,與含水銀而造成感染的熒光燈相比，LED更環(huán)保。另外LED可達(dá)五萬(wàn)小時(shí)的使用壽命也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比白熾燈長(zhǎng)，普通白熾燈僅一千小時(shí)。在日常使用中，大部分LED的光源為直流驅(qū)動(dòng)，光效穩(wěn)定，而其他部分普通燈為交流驅(qū)動(dòng)，經(jīng)常頻閃，影響視力。所以LED燈具有低壓電源、耗能少、環(huán)保綠色、顏色豐富、實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。3.3.3LED的應(yīng)用作為普遍照明工具，LED的用途十分廣泛，大到建筑物，小到日常用品。關(guān)于建筑物某些區(qū)域的投射，LED的線性投射燈具不失為一個(gè)好選擇，由于建筑物的場(chǎng)地限制，傳統(tǒng)投光燈工具笨拙大型，十分影響場(chǎng)地的美觀，而LED的線性投射燈具便于安裝，可以與建筑物表面友好地結(jié)合。在路上司空見(jiàn)慣的指示燈牌，指示路牌，影劇院觀眾廳的觀眾指引燈等等，都出自LED。第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1程序語(yǔ)言及開發(fā)環(huán)境4.1.1C語(yǔ)言簡(jiǎn)介 C語(yǔ)言對(duì)于從事嵌入式開發(fā)行業(yè)的人來(lái)說(shuō)并不陌生，作為一門廣泛應(yīng)用于底層開發(fā)的抽象化語(yǔ)言，它是能在無(wú)任何環(huán)境支持的情況下依然可高效率運(yùn)行的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，并且由于簡(jiǎn)潔以及具備許多低級(jí)處理功能，C語(yǔ)言深受許多底層開發(fā)的青睞。二十世紀(jì)八十年代出現(xiàn)了為C語(yǔ)言制定的一套國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)法ANSIC，而后2011年新出的語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)開始支持漢字標(biāo)識(shí)符以及漢字函數(shù)名。C語(yǔ)言可將括號(hào)與強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換等作為運(yùn)算符處理，豐富的運(yùn)算類型一定程度上可以彌補(bǔ)其他高級(jí)語(yǔ)言無(wú)法處理的缺憾。C語(yǔ)言的最大特色即指針概念，它能整體提高C語(yǔ)言的程序效率。C語(yǔ)言的可移植性高，適用于多種操作系統(tǒng)，如UNIX等。4.1.2ArduinoIDEArduinoIDE是一款A(yù)rduino自帶的軟件編輯環(huán)境，它具有開放源代碼的電路圖設(shè)計(jì)，并且支持ISP在線燒，可以將bootloader固件燒入AVR芯片，同時(shí)也支持Flash、Max/Msp、VVVV、PD、C、Processing等多程序兼容的特點(diǎn)[5]。ArduinoIDE的特色諸多，例如使用低價(jià)微處理器如AVR系列處理器，可用USB接口充電，無(wú)需接外界電源。簡(jiǎn)化Arduino模型后（由官方的PCB和SCH電路圖），Arduino可與各種傳感器如紅外線超聲波等電子元器件相連接，完成一些獨(dú)立運(yùn)作的微處理控制。在應(yīng)用方面Arduino也可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)單人多人游戲的互動(dòng)，比起以往只能使用鍵盤鼠標(biāo)作為輸入裝置，Arduino更有突破性。在Arduino程序中voidsetup,voidloop為程序的兩大核心函數(shù)，voidsetup是作為串行端口和腳位輸出入的初始化區(qū)塊，而voidloop類似于一個(gè)循環(huán)體，也是代碼邏輯的核心部分，存放板子需要重復(fù)執(zhí)行的動(dòng)作代碼。ArduinoIDE語(yǔ)言同樣存在類似HIGH和LOW等特殊關(guān)鍵字，譬如控制PIN引腳高低電平的HIGH和LOW,設(shè)定引腳輸入或輸出的INPUT和OUTPUT。ArduinoIDE語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在沒(méi)有深?yuàn)W的底層代碼，也沒(méi)有晦澀生硬的匯編，只是實(shí)用的函數(shù)，由此可以降低學(xué)習(xí)成本，較快較直接地達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。由于擁有極大自由度，以及標(biāo)準(zhǔn)化的接口模式鑒定基礎(chǔ)，ArduinoIDE的可拓展性能也會(huì)相當(dāng)高。圖4-SEQ圖4-\*ARABIC1ArduinoIDE4.1.3Random隨機(jī)數(shù)原理隨機(jī)數(shù)算法的實(shí)現(xiàn)是由最精確最能做出確切判斷的機(jī)器“隨機(jī)”出來(lái)的，事實(shí)上所謂偽隨機(jī)數(shù)只是計(jì)算機(jī)按照一定規(guī)律生成隨機(jī)又規(guī)律的數(shù)字，它并不是真正的隨機(jī)，它遵循著事物共性(即事物相似性)也遵循著隨機(jī)性，兩者相輔而成，而計(jì)算機(jī)是按程序執(zhí)行，因此無(wú)法生成絕對(duì)隨機(jī)的隨機(jī)數(shù)，只能產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)。Random函數(shù)的基本原理是某一遞推公式根據(jù)“種子”推算出來(lái)的一系列數(shù)字，當(dāng)推算的數(shù)數(shù)量達(dá)到符合正態(tài)分布時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。此外C語(yǔ)言提供了srand函數(shù)，用來(lái)設(shè)置所謂“種子”，于是隨機(jī)函數(shù)符合這個(gè)表達(dá)式：A=R(s),s為遞推公式運(yùn)算的基準(zhǔn)，稱為“種子”，在R隨機(jī)函數(shù)的運(yùn)算下，推出A為最后的數(shù)列，即要產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)。隨機(jī)函數(shù)R在一個(gè)種子s的計(jì)算下，確定有一個(gè)和數(shù)列A與之對(duì)應(yīng)。

第五章硬件組裝與調(diào)試5.1元器件的組裝硬件部分由ArduinoUNOr3開發(fā)板、傾斜傳感器、若干杜邦線、杜邦線插座(面包板)、7LED電子骰子模塊、科技積木套件組成。圖5-SEQ圖4-\*ARABIC1硬件成果圖5.2電路的調(diào)試 調(diào)試是每個(gè)電子學(xué)生必備的基礎(chǔ)知識(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)要求開發(fā)人員思慮周全，考慮到各方面的因素。在實(shí)驗(yàn)中誤差在所難免，而電路的調(diào)試是將誤差降到最低，有效精準(zhǔn)的調(diào)試有利于實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。在安裝后的測(cè)試調(diào)整應(yīng)該包括幾方面的考慮，如元件誤差、器件參數(shù)的分散性等,通過(guò)調(diào)試發(fā)現(xiàn)不足并及時(shí)糾正，使設(shè)備達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)。調(diào)試的常用儀器基本有：萬(wàn)用表、示波器、頻譜分析儀、信號(hào)發(fā)生器以及穩(wěn)壓電源。5.2.1電路的調(diào)試具體步驟電子電路調(diào)試前后基本步驟分為四步：調(diào)試前：不宜先通電，先觀察電路接線是否正確，有無(wú)接觸不良的現(xiàn)象。通電觀察：排除接線故障后，通電觀察電路有無(wú)異象，電路板有無(wú)異味，觸碰集成電路外封裝，排除基本的硬件故障。靜態(tài)調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試最常使用萬(wàn)用表，在不加輸入信號(hào)或者只有固定電平信號(hào)的情況下，測(cè)量出現(xiàn)故障的局部或全局電路各個(gè)結(jié)點(diǎn)電位，再結(jié)合基本電路原理，推斷出電路工作狀態(tài)是否正常，判斷電路中的元器件是否已損壞。動(dòng)態(tài)調(diào)試：同樣使用萬(wàn)用表，在電路輸入端加入信號(hào)，檢測(cè)出各結(jié)點(diǎn)電位的輸出信號(hào)、發(fā)現(xiàn)異常后分析原因，并且排除故障，直到達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。5.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題以及解決方案5.3.1問(wèn)題與方案（1）燈不亮，或者亮度極低，幾乎不明顯分析原因：硬件接觸不良，LED燈腳與板子焊接不良。解決方法：換導(dǎo)線，換LED燈，重新檢查板子與LED焊接部分是否完善（2）接上板子與電腦后，板子LED無(wú)反應(yīng)分析原因：程序沒(méi)有燒進(jìn)去，燒錄線接觸不良。解決方法：檢查燒錄線是否正確接上電腦和板子，重啟ArduinoIDE重新燒入程序。（3）軟件部分出現(xiàn)下載package_index.json時(shí)錯(cuò)誤分析原因：ArduinoIDE環(huán)境配置不完整。解決方法：官網(wǎng)下載完整安裝包，再次下載。結(jié)論本課題的主要內(nèi)容是結(jié)合C語(yǔ)言在ArduinoIDE開發(fā)環(huán)境下，由7個(gè)LED燈結(jié)合傾角傳感器，在ArduinoUNO基礎(chǔ)上，搭建實(shí)現(xiàn)一個(gè)模擬傳統(tǒng)骰子的趣味桌游系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)剔除了傳統(tǒng)骰子的過(guò)時(shí)玩法，增添創(chuàng)新性。該設(shè)計(jì)基本體現(xiàn)了替代傳統(tǒng)骰子的可行性，傳統(tǒng)骰子較小巧，在投擲時(shí)容易跳出人們觸手可及的區(qū)域或視野范圍外，而本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了方便可行，并且隨機(jī)性強(qiáng)的游戲骰子功能，而且對(duì)原來(lái)應(yīng)該有的6個(gè)LED燈，改為7個(gè)LED，其目的在于顯示數(shù)字時(shí)較為美觀。整體系統(tǒng)大致分為軟件部分和硬件部分設(shè)計(jì)，軟件主要設(shè)置關(guān)于LED燈閃爍次數(shù)，如何通過(guò)延時(shí)函數(shù)以及隨機(jī)數(shù)計(jì)算來(lái)達(dá)到更直觀、體驗(yàn)感更好的效果；而硬件則搭建更簡(jiǎn)潔的、接近傳統(tǒng)骰子外觀的模型，由于Arduino板本身體型較小，十分適合小型便捷的電子骰子，兩塊正面包板搭配四根支柱美觀且方正。在軟件算法方面，基于C語(yǔ)言的編程，建立三個(gè)主要函數(shù)，voidloop函數(shù)判斷傾斜傳感器開關(guān)狀態(tài)，骰子函數(shù)rollTheDice（核心函數(shù)），加入偽隨機(jī)函數(shù)Random，設(shè)置隨機(jī)數(shù)的范圍，為循環(huán)滾動(dòng)6個(gè)點(diǎn)數(shù)的LED使用，可將函數(shù)參數(shù)改小一些，使得LED的滾動(dòng)閃爍時(shí)間就會(huì)短些，靜止固定點(diǎn)數(shù)，出結(jié)果就會(huì)快一些。最后一個(gè)函數(shù)show,將最終隨機(jī)出來(lái)的隨機(jī)數(shù)顯示出來(lái)。在生成偽隨機(jī)數(shù)的運(yùn)用中，雖已有現(xiàn)成封裝完畢的方法直接調(diào)用，并且Arduino板向來(lái)簡(jiǎn)單易學(xué)，但如果需要了解其中原理還需要精力和時(shí)間，需要查閱相應(yīng)的深度學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)文獻(xiàn)，了解Arduino板整體硬件框架，查閱相關(guān)的說(shuō)明書了解Arduino板上的各種接口，學(xué)會(huì)調(diào)用接口并應(yīng)用到本課題的系統(tǒng)中。從整個(gè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)到實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，過(guò)程并不十分順暢，在遇到板子接口等也遇到了一些問(wèn)題，但通過(guò)自己的專業(yè)知識(shí)或者請(qǐng)教老師，最后還是得到了相對(duì)的解決方案，從而保證了整個(gè)設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，盡管過(guò)程稍稍曲折，但總的來(lái)說(shuō)還是實(shí)現(xiàn)了計(jì)劃中的方案，過(guò)程中遇到的很多問(wèn)題經(jīng)過(guò)自己的探索琢磨以及請(qǐng)教老師同學(xué)都能解決，從中自己不僅學(xué)會(huì)鍛煉解決問(wèn)題的能力，也使自己對(duì)于小型電子的開發(fā)和建設(shè)有了一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

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致謝畢設(shè)設(shè)計(jì)作為大學(xué)生臨近畢業(yè)最重要的一環(huán)，它承載著許多意義，既是結(jié)束四年大學(xué)學(xué)習(xí)生活的里程碑，也是在啟程投入社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)前的過(guò)渡劑。從大四上學(xué)期開始準(zhǔn)備到現(xiàn)如今整體完工，這中間經(jīng)歷的波折遠(yuǎn)比原來(lái)的預(yù)料要來(lái)的多，一步一腳印，靠自己動(dòng)手和一步步探索與尋求，從茫然無(wú)知到熟練上手，實(shí)現(xiàn)了從0到1的突破?；厥状髮W(xué)生涯，沒(méi)有父母的鼓勵(lì)與各方面的支持，并不會(huì)有今天的我，也不能與這個(gè)即將成為母校的地方——廣東東軟學(xué)院相遇，是這個(gè)地方孕育著知識(shí)，是這個(gè)地方讓我能安心求學(xué)。在這次畢業(yè)論文的撰寫和畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)中，我想感謝我的指導(dǎo)老師郭鵬飛老師，由于大學(xué)四學(xué)期忙碌的實(shí)習(xí)生活，是郭鵬飛老師一直耐心解答我的問(wèn)題并及時(shí)地了解和督促我論文的完成進(jìn)度，沒(méi)有老師的幫助和指導(dǎo)，我無(wú)法順利地完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此向郭鵬飛老師表示十分的感激與崇敬。漫漫求學(xué)路，任重而道遠(yuǎn)，我也要感謝一路上不斷施以援手加以鼓勵(lì)的朋友、同學(xué)、親人、老師們，在未來(lái)的路上，我定不負(fù)自己的努力，也不負(fù)大家的期望。謝謝！附錄附錄一Arduino各引腳接口說(shuō)明附錄二元件清單ArduinoUNO1塊燒錄線1條LED紅燈7個(gè)傾角傳感器1個(gè)面包板2個(gè)支柱4根導(dǎo)線若干

捷鍵與一些電腦小技巧HYPERLINKwinkey+d:

這是高手最常用的第一快捷組合鍵。這個(gè)快捷鍵組合可以將桌面上的所有窗口瞬間最小化，無(wú)論是聊天的窗口還是游戲的窗口……只要再次按下這個(gè)組合鍵，剛才的所有窗口都回來(lái)了，而且激活的也正是你最小化之前在使用的窗口！

--這個(gè)就是winkeywinkey+f:

不用再去移動(dòng)鼠標(biāo)點(diǎn)“開始→搜索→文件和文件夾”了，在任何狀態(tài)下，只要一按winkey+f就會(huì)彈出搜索窗口。

winkey+r:

在我們的文章中，你經(jīng)常會(huì)看到這樣的操作提示:“點(diǎn)擊‘開始→運(yùn)行’，打開‘運(yùn)行’對(duì)話框……”。其實(shí)，還有一個(gè)更簡(jiǎn)單的辦法，就是按winkey+r！

alt+tab:

如果打開的窗口太多，這個(gè)組合鍵就非常有用了，它可以在一個(gè)窗口中顯示當(dāng)前打開的所有窗口的名稱和圖標(biāo)●，選中自己希望要打開的窗口，松開這個(gè)組合鍵就可以了。而alt+tab+shift鍵則可以反向顯示當(dāng)前打開的窗口。

winkey+e:

當(dāng)你需要打開資源管理器找文件的時(shí)候，這個(gè)快捷鍵會(huì)讓你感覺(jué)非常“爽”！再也不用騰出一只手去摸鼠標(biāo)了！

小提示:

winkey指的是鍵盤上刻有windows徽標(biāo)的鍵●。winkey主要出現(xiàn)在104鍵和107鍵的鍵盤中。104鍵盤又稱win95鍵盤，這種鍵盤在原來(lái)101鍵盤的左右兩邊、ctrl和alt鍵之間增加了兩個(gè)windwos鍵和一個(gè)屬性關(guān)聯(lián)鍵。107鍵盤又稱為win98鍵盤，比104鍵多了睡眠、喚醒、開機(jī)等電源管理鍵，這3個(gè)鍵大部分位于鍵盤的右上方。

再補(bǔ)充點(diǎn)

F1顯示當(dāng)前程序或者windows的幫助內(nèi)容。

F2當(dāng)你選中一個(gè)文件的話，這意味著“重命名”

F3當(dāng)你在桌面上的時(shí)候是打開“查找：所有文件”對(duì)話框

F10或ALT激活當(dāng)前程序的菜單欄

windows鍵或CTRL+ESC打開開始菜單

CTRL+ALT+DELETE在win9x中打開關(guān)閉程序?qū)υ捒?/p>

DELETE刪除被選擇的選擇項(xiàng)目，如果是文件，將被放入回收站

SHIFT+DELETE刪除被選擇的選擇項(xiàng)目，如果是文件，將被直接刪除而不是

放入回收站

CTRL+N新建一個(gè)新的文件

CTRL+O打開“打開文件”對(duì)話框

CTRL+P打開“打印”對(duì)話框

CTRL+S保存當(dāng)前操作的文件

CTRL+X剪切被選擇的項(xiàng)目到剪貼板

CTRL+INSERT或CTRL+C復(fù)制被選擇的項(xiàng)目到剪貼板

SHIFT+INSERT或CTRL+V粘貼剪貼板中的內(nèi)容到當(dāng)前位置

ALT+BACKSPACE或CTRL+Z撤銷上一步的操作

ALT+SHIFT+BACKSPACE重做上一步被撤銷的操作

Windows鍵+D：最小化或恢復(fù)windows窗口

Windows鍵+U：打開“輔助工具管理器”

Windows鍵+CTRL+M重新將恢復(fù)上一項(xiàng)操作前窗口的大小和位置

Windows鍵+E打開資源管理器

Windows鍵+F打開“查找：所有文件”對(duì)話框

Windows鍵+R打開“運(yùn)行”對(duì)話框

Windows鍵+BREAK打開“系統(tǒng)屬性”對(duì)話框

Windows鍵+CTRL+F打開“查找：計(jì)算機(jī)”對(duì)話框

SHIFT+F10或鼠標(biāo)右擊打開當(dāng)前活動(dòng)項(xiàng)目的快捷菜單

SHIFT在放入CD的時(shí)候按下不放，可以跳過(guò)自動(dòng)播放CD。在打開wo

rd的時(shí)候按下不放，可以跳過(guò)自啟動(dòng)的宏

ALT+F4關(guān)閉當(dāng)前應(yīng)用程序

ALT+SPACEBAR打開程序最左上角的菜單

ALT+TAB切換當(dāng)前程序

ALT+ESC切換當(dāng)前程序

ALT+ENTER將windows下運(yùn)行的MSDOS窗口在窗口和全屏幕狀態(tài)間切換

PRINTSCREEN將當(dāng)前屏幕以圖象方式拷貝到剪貼板

ALT+PRINTSCREEN將當(dāng)前活動(dòng)程序窗口以圖象方式拷貝到剪貼板

CTRL+F4關(guān)閉當(dāng)前應(yīng)用程序中的當(dāng)前文本（如word中）

CTRL+F6切換到當(dāng)前應(yīng)用程序中的下一個(gè)文本（加shift可以跳到前

一個(gè)窗口）

在IE中：

ALT+RIGHTARROW顯示前一頁(yè)（前進(jìn)鍵）

ALT+LEFTARROW顯示后一頁(yè)（后退鍵）

CTRL+TAB在頁(yè)面上的各框架中切換（加shift反向）

F5刷新

CTRL+F5強(qiáng)行刷新1.打開“我的電腦”-“工具”-“文件夾選項(xiàng)”-“查看”-在“顯示所有文件和文件夾”選項(xiàng)前打勾-“確定”

2.刪除以下文件夾中的內(nèi)容：

x:\DocumentsandSettings\用戶名\Cookies\下的所有文件(保留index文件)

x:\DocumentsandSettings\用戶名\LocalSettings\Temp\下的所有文件(用戶臨時(shí)文件)

x:\DocumentsandSettings\用戶名\LocalSettings\TemporaryInternetFiles\下的所有文件(頁(yè)面文件)

x:\DocumentsandSettings\用戶名\LocalSettings\History\下的所有文件(歷史紀(jì)錄)

x:\DocumentsandSettings\用戶名\Recent\下的所有文件(最近瀏覽文件的快捷方式)

x:\WINDOWS\Temp\下的所有文件(臨時(shí)文件)

x:\WINDOWS\ServicePackFiles(升級(jí)sp1或sp2后的備份文件)

x:\WINDOWS\DriverCache\i386下的壓縮文件(驅(qū)動(dòng)程序的備份文件)

x:\WINDOWS\SoftwareDistribution\download下的所有文件

3.如果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)windoesupdade升級(jí)，則刪除以下文件：x:\windows\下以$u...開頭的隱藏文件

4.然后對(duì)磁盤進(jìn)行碎片整理，整理過(guò)程中請(qǐng)退出一切正在運(yùn)行的程序

5.碎片整理后打開“開始”-“程序”-“附件”-“系統(tǒng)工具”-“系統(tǒng)還原”-“創(chuàng)建一個(gè)還原點(diǎn)”(最好以當(dāng)時(shí)的日期作為還原點(diǎn)的名字)

6.打開“我的電腦”-右鍵點(diǎn)系統(tǒng)盤-“屬性”-“磁盤清理”-“其他選項(xiàng)”-單擊系統(tǒng)還原一欄里的“清理”-選擇“是”-ok了

7、在各種軟硬件安裝妥當(dāng)之后，其實(shí)XP需要更新文件的時(shí)候就很少了。刪除系統(tǒng)備份文件吧：開始→運(yùn)行→sfc.exe/purgecache近3xxM。(該命令的作用是立即清除"Windows文件保護(hù)"文件高速緩存，釋放出其所占據(jù)的空間)

8、刪掉\windows\system32\dllcache下dll檔(減去200——300mb),這是備用的dll檔，只要你已拷貝了安裝文件，完全可以這樣做。

9、XP會(huì)自動(dòng)備份硬件的驅(qū)動(dòng)程序，但在硬件的驅(qū)動(dòng)安裝正確后，一般變動(dòng)硬件的可能性不大，所以也可以考慮將這個(gè)備份刪除，文件位于\windows\drivercache\i386目錄下，名稱為driver.cab，你直接將它刪除就可以了，通常這個(gè)文件是74M。

10、刪除不用的輸入法：對(duì)很多網(wǎng)友來(lái)說(shuō)，WindowsXPt系統(tǒng)自帶的輸入法并不全部都合適自己的使用，比如IMJP8_1日文輸入法、IMKR6_1韓文輸入法這些輸入法，如果用不著，我們可以將其刪除。輸入法位于\windows\ime\文件夾中，全部占用了88M的空間。

11、升級(jí)完成發(fā)現(xiàn)windows\多了許多類似$NtUninstallQ311889$這些目錄，都干掉吧，1x-3xM

12、另外，保留著\windows\help目錄下的東西對(duì)我來(lái)說(shuō)是一種傷害，呵呵。。。都干掉！

13、關(guān)閉系統(tǒng)還原：系統(tǒng)還原功能使用的時(shí)間一長(zhǎng)，就會(huì)占用大量的硬盤空間。因此有必要對(duì)其進(jìn)行手工設(shè)置，以減少硬盤占用量。打開"系統(tǒng)屬性"對(duì)話框，選擇"系統(tǒng)還原"選項(xiàng)，選擇"在所有驅(qū)動(dòng)器上關(guān)閉系統(tǒng)還原"復(fù)選框以關(guān)閉系統(tǒng)還原。也可僅對(duì)系統(tǒng)所在的磁盤或分區(qū)設(shè)置還原。先選擇系統(tǒng)所在的分區(qū)，單擊"配置"按鈕，在彈出的對(duì)話框中取消"關(guān)閉這個(gè)驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)還原"選項(xiàng)，并可設(shè)置用于系統(tǒng)還原的磁盤空間大小。

14、休眠功能會(huì)占用不少的硬盤空間，如果使用得少不妨將共關(guān)閉，關(guān)閉的方法是的：打開"控制面板"，雙擊"電源選項(xiàng)"，在彈出的"電源選項(xiàng)屬性"對(duì)話框中選擇"休眠"選項(xiàng)卡，取消"啟用休眠"復(fù)選框。

15、卸載不常用組件：XP默認(rèn)給操作系統(tǒng)安裝了一些系統(tǒng)組件，而這些組件有很大一部分是你根本不可能用到的，可以在"添加/刪除Windows組件"中將它們卸載。但其中有一些組件XP默認(rèn)是隱藏的，在"添加/刪除Windows組件"中找不到它們，這時(shí)可以這樣操作：用記事本打開\windows\inf\sysoc.inf這個(gè)文件，用查找/替換功能把文件中的"hide"字符全部替換為空。這樣，就把所有組件的隱藏屬性都去掉了，存盤退出后再運(yùn)行"添加-刪除程序"，就會(huì)看見(jiàn)多出不少你原來(lái)看不見(jiàn)的選項(xiàng)，把其中那些你用不到的組件刪掉（記住存盤的時(shí)候要保存為sysoc.inf，而不是默認(rèn)的sysoc.txt），如Internat信使服務(wù)、傳真服務(wù)、Windowsmessenger，碼表等，大約可騰出近50MB的空間。

16、清除系統(tǒng)臨時(shí)文件：系統(tǒng)的臨時(shí)文件一般存放在兩個(gè)位置中：一個(gè)Windows安裝目錄下的Temp文件夾；另一個(gè)是x:\DocumentsandSettings"用戶名"\LocalSettings\Temp文件夾(Y:是系統(tǒng)所在的分區(qū))。這兩個(gè)位置的文件均可以直接刪除。

17、清除Internet臨時(shí)文件：定期刪除上網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生的大量Internet臨時(shí)文件，將節(jié)省大量的硬盤空間。打開IE瀏覽器，從"工具"菜單中選擇"Internet選項(xiàng)"，在彈出的對(duì)話框中選擇"常規(guī)"選項(xiàng)卡，在"Internet臨時(shí)文件"欄中單擊"刪除文件"按鈕，并在彈出"刪除文件"對(duì)話框，選中"刪除所有脫機(jī)內(nèi)容"復(fù)選框，單擊"確定"按鈕。

18、清除預(yù)讀文件：WindowsXP的預(yù)讀設(shè)置雖然可以提高系統(tǒng)速度，但是使用一段時(shí)間后，預(yù)讀文件夾里的文件數(shù)量會(huì)變得相當(dāng)龐大，導(dǎo)致系統(tǒng)搜索花費(fèi)的時(shí)間變長(zhǎng)。而且有些應(yīng)用程序會(huì)產(chǎn)生死鏈接文件，更加重了系統(tǒng)搜索的負(fù)擔(dān)。所以，應(yīng)該定期刪除這些預(yù)讀文件。預(yù)計(jì)文件存放在WindowsXP系統(tǒng)文件夾的Prefetch文件夾中，該文件夾下的所有文件均可刪除。

19、壓縮NTFS驅(qū)動(dòng)器、文件或文件夾：如果你的硬盤采用的是NTFS文件系統(tǒng)，空間實(shí)在緊張，還可以考慮啟用NTFS的壓縮功能。右擊要壓縮的驅(qū)動(dòng)器－"屬性"－"常規(guī)