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简介：面向嵌入式课程设计的一份STM32F103俄罗斯方块完整工程，针对计算机、软件工程、通信工程等专业学生，可作为单片机综合实践、嵌入式入门与毕业设计参考。资源共177个文件、压缩包7.05MB，以C语言源工程为主，包含.h头文件、.c源文件、.uvprojx工程文件、.hex烧录文件、.axf调试文件、.map映射文件及.ioc初始化配置等，覆盖LCD屏幕显示、定时器控制、外部中断输入与游戏逻辑算法，便于直接编译烧录和二次开发。工程基于STM32CubeMX与Keil环境搭建，清晰展示GPIO、FSMC、定时器等外设的嵌入式编程流程，帮助理解硬件接口抽象与实时响应控制。已有1122人学习下载，适合希望快速上手STM32游戏开发、巩固中断与定时器应用的初学者，亦可用于课程设计答辩与项目演示。

1. 从工程文件看STM32F103俄罗斯方块怎么拆

拿到这套基于STM32F103运行的俄罗斯方块源码，值得花点时间先读文件列表。stm32f1xx_ll_fsmc.c说明LCD走的是FSMC总线而不是GPIO模拟时序，stm32f1xx_hal_tim.c和stm32f1xx_hal_tim_ex.c说明下落节奏由硬件定时器中断驱动，lcd_header.c是显示层与游戏逻辑之间的分界。整个工程基于HAL库，没有引入RTOS，游戏循环靠「FSMC搬像素、定时器给心跳、主循环算逻辑」完成。在小内存MCU上做图形游戏，这种架构比GPIO模拟省CPU，比套RTOS省维护成本，是课程设计和入门练手最均衡的方案。适合正在做嵌入式课程设计，或者想把HAL中断、FSMC外设和裸机状态机串起来的开发者，下面按显示、定时、算法、输入验证四层拆解。

2. FSMC总线地址映射与LCD驱动：NE1和A0如何决定代码结构

2.1 为什么显示层要选FSMC而不是GPIO模拟

ST7789、ILI9341 这类 LCD 控制器，写像素本质是往它的 GRAM 里写数据。最简单的方案是拿 GPIO 一根一根翻转，但 240x320 分辨率下每帧有 76800 个像素，单色刷一遍都要做十几万次引脚操作，CPU 占用率会非常难看。FSMC 把 LCD 映射成外部 SRAM 设备，CPU 执行一次 16 位写指令，FSMC 自动完成地址建立、片选拉低、读写信号时序，像素搬运不再需要逐位翻转引脚。工程里出现stm32f1xx_ll_fsmc.c，说明作者把数据总线（PD0-PD15 或 PE0-PE15 区域）、控制线（NE1 片选、NOE 读、NWE 写）接进了 FSMC 的 Bank1，这是 STM32F103 上做图形应用最典型的接法。

2.2 FSMC初始化参数与HAL库配置

2.2.1 引脚分配参考

A0只是示范接法，FSMC 地址线有多条，RS 也可以接到 A16，区别只在于命令端口与数据端口的偏移地址不同。很多开发板为了布线方便把 RS 接到 A16，代码里的偏移量就得跟着改，这一点在移植工程时最容易忽略。

2.2.2 FSMC初始化代码

static void MX_FSMC_Init(void) { FSMC_NORSRAM_TimingTypeDef Timing = {0}; FSMC_NORSRAMInitTypeDef NORSRAMInit = {0}; __HAL_RCC_FSMC_CLK_ENABLE(); NORSRAMInit.FSMC_Bank = FSMC_Bank1_NORSRAM1; /* 选中NE1 */ NORSRAMInit.FSMC_DataAddressMux = FSMC_DATA_ADDRESS_MUX_DISABLE; NORSRAMInit.FSMC_MemoryType = FSMC_MEMORY_TYPE_SRAM; /* 把LCD当SRAM */ NORSRAMInit.FSMC_MemoryDataWidth = FSMC_NONDATAWIDTH_16BIT; /* 16位总线 */ NORSRAMInit.FSMC_BurstAccessMode = FSMC_BURST_ACCESS_MODE_DISABLE; NORSRAMInit.FSMC_WriteOperation = FSMC_WRITE_OPERATION_ENABLE; NORSRAMInit.FSMC_ReadWriteTimingStruct = &Timing; NORSRAMInit.FSMC_WriteTimingStruct = &Timing; Timing.FSMC_AddressSetupTime = 8; /* 地址建立时间 */ Timing.FSMC_AddressHoldTime = 1; /* 地址保持时间 */ Timing.FSMC_DataSetupTime = 12; /* 数据建立时间 */ Timing.FSMC_AccessMode = FSMC_ACCESS_MODE_A; HAL_SRAM_Init(&NORSRAMInit, &Timing); }

配置目标很明确：让 FSMC 的 Bank1 NE1 区域以 16 位 SRAM 模式访问外设。AddressSetupTime = 8和DataSetupTime = 12的单位是 HCLK 周期，72MHz 下约 111ns 和 166ns，ST7789 这类控制器的读写时序要求基本都在这个量级。如果你的 LCD 波形不正常，第一反应是加大这两个参数，而不是去改 GPIO 翻转频率。不同 HAL 版本里FSMC_NONDATAWIDTH_16BIT这个宏名可能有差异，编译报错时去 stm32f1xx_hal_fsmc.h 里搜NONDATAWIDTH就能找到对应定义。

2.2.3 命令与数据地址的偏移定义

#define LCD_BASE ((uint32_t)0x60000000) /* Bank1 NE1 首地址 */ #define LCD_CMD (*(volatile uint16_t *)(LCD_BASE)) /* A0=0: 写命令 */ #define LCD_DATA (*(volatile uint16_t *)(LCD_BASE + 2)) /* A0=1: 写数据 */

A0 接 RS 时，访问LCD_BASE对应 A0 为低，LCD 认为当前是命令寄存器；访问LCD_BASE + 2对应 A0 为高，LCD 把值写入 GRAM 或数据寄存器。这里加 2 而不是加 1，是因为 16 位总线模式下地址线 A0 对应 CPU 地址的 bit[1]。很多从 8 位单片机转过来的开发者在这里踩坑，写成 +1，结果命令和数据混在一起，屏幕花屏或完全无反应。

提示：如果你的开发板把 RS 接到了 A16，数据地址就要换成LCD_BASE + 0x20000，不要照抄偏移量。

2.3 lcd_header.c 中接口的封装思路

lcd_header.c属于底层驱动文件，核心是把「写命令」「写数据」做成短函数，再向上提供设置窗口和填充颜色的接口。通常封装为：

static void LCD_WriteReg(uint16_t reg, uint16_t val) { LCD_CMD = reg; /* 先写寄存器地址 */ LCD_DATA = val; /* 再写数据 */ } void LCD_FillRect(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t w, uint16_t h, uint16_t color) { LCD_SetWindow(x, y, x + w - 1, y + h - 1); /* 设置GRAM窗口 */ for (uint32_t i = 0; i < (uint32_t)w * h; i++) LCD_DATA = color; /* 连续刷同一颜色 */ }

LCD_FillRect里的循环是 FSMC 方案省 CPU 的关键：循环体只有一条赋值语句，每次赋值 FSMC 自动完成整条写时序。如果换成 GPIO 模拟，循环里至少要夹带五六条引脚拉高拉低操作，同样的填色操作耗时相差三倍以上。游戏区域的网格底色、下一个方块预览、分数刷新都依赖这个函数，它的效率直接决定刷屏时能不能看到一个完整画面，还是看到明显的行扫残影。

3. HAL定时器中断驱动的下落节奏：从TIM配置到速度分级

3.1 定时器选型：为什么用TIM2而不是SysTick硬等

俄罗斯方块的方块下落不能靠主循环里HAL_Delay硬等。HAL_Delay依赖 SysTick，如果工程里还有别的模块改过 SysTick 中断优先级或重装周期，游戏节奏就会漂移。更重要的是它会让按键响应和屏幕刷新卡在同一个延时里，下落慢时按键也要等，手感很差。工程里出现stm32f1xx_hal_tim.c和stm32f1xx_hal_tim_ex.c，说明作者至少用了一个通用定时器（TIM2-TIM5）做独立的游戏节拍。

我一般把 TIM2 配成 100Hz 更新中断，每 10ms 递增一个全局 tick。所有游戏逻辑都以这个 tick 为时间基准，而不是到处调用延时。好处是主循环只判断「当前 tick 是否到了下落的点」，判断极快；速度调整只需要改一张表，不涉及打断任何任务。以后想移植 FreeRTOS 到这套工程上，这个 tick 思路可以直接映射为软件定时器回调，游戏逻辑不需要大改。

3.2 预分频与重装载值计算

TIM_HandleTypeDef htim2; static void MX_TIM2_Init(void) { htim2.Instance = TIM2; htim2.Init.Prescaler = 7200 - 1; /* 72MHz / 7200 = 10kHz */ htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htim2.Init.Period = 100 - 1; /* 10kHz / 100 = 100Hz */ htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE; HAL_TIM_Base_Init(&htim2); HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); /* 开启更新中断 */ }

预分频器把 72MHz 总线时钟先降到 10kHz，计数器从 0 计到 99，每 100 个计数产生一次更新事件，即 100Hz。Prescaler和Period都要减 1，因为寄存器从 0 开始计数。AutoReloadPreload打开的含义是：运行中修改Period不会立刻生效，要等下一次更新事件才装载影子寄存器。这保证游戏运行中动态调速时不会出现一次异常长的半格下落。如果只在一个固定速度下运行，这个开关开不开差别不大，但做等级加速就建议保持使能。

3.3 中断回调与下落间隔判断

volatile uint32_t g_tick; void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if (htim->Instance == TIM2) g_tick++; } /* 主循环中的下落判断 */ uint32_t last_drop_tick; uint8_t level = 1; #define TICK_TO_MS(t) ((t) * 10) const uint16_t level_drop_ms[] = { [1] = 800, [2] = 600, [3] = 450, [4] = 320, [5] = 200, [6] = 120, }; while (1) { uint32_t interval = TICK_TO_MS(level_drop_ms[level]); if (g_tick - last_drop_tick >= interval) { last_drop_tick = g_tick; try_drop(); /* 尝试下落一格，撞底则固化并消行 */ } render_all(); /* 刷新屏幕 */ }

用g_tick - last_drop_tick而不是g_tick >= last_drop_tick + interval，是为了防止 tick 回绕溢出后比较出错。两个无符号数相减，在回绕场景下依然能得到正确差值，这是嵌入式时间判断的常见做法，比直接比较安全。下落间隔表决定难度曲线：第 1 级 800ms 一格，到第 6 级缩短到 120ms。等级可以根据消除行数递增，比如每消 10 行升一级，这个节奏在 240x320 屏幕上肉眼观察比较合理。

3.4 速度分级表与动态调整边界

等级提升时只需要改level变量，主循环下一次判断自动取新间隔，不用重启定时器。有些同学会去改htim2.Init.Period再调用HAL_TIM_Base_Init重新初始化，其实没必要，查表的方式更干净，也避免了重装定时器期间漏掉一个更新中断。另外 120ms 以下继续加速意义不大，玩家按键反应时间本身就有 150-200ms，间隔再短只会增加挫败感，这也是很多街机版俄罗斯方块最终速度上限停在 100ms 左右的原因。

4. 方块旋转、碰撞检测与消行的实现路径：不依赖动态内存的游戏状态管理

4.1 数据结构选择：4x4位矩阵最省存储

俄罗斯方块的核心状态拆成三块：当前方块（形状+位置+旋转状态）、游戏面板（已固化的方块网格）、下一个方块（预告）。F103 的 SRAM 有限，高配型号也只有 64KB，跑 C 语言虽然够，但主循环里频繁 malloc/free 会产生碎片，游戏长时间运行后稳定性不可控。我习惯用uint8_t shape[4][4]表示单一方块，1 表示有格子，0 表示空。7 种基本方块各存一份基础形态，旋转在运行时直接变换矩阵，不需要把所有旋转状态都预先存下来，省 flash 也省逻辑判断。

颜色值仅作参考，具体取决于 LCD 控制器是 RGB565 还是 RGB888 模式。需要强调的是，O方块旋转后形状不变，所以代码里遇到O时可以直接跳过旋转矩阵运算，省几次无意义的拷贝。

4.2 旋转：矩阵转置与水平翻转组合

static void rotate_right(uint8_t shape[4][4]) { uint8_t tmp[4][4]; for (int i = 0; i < 4; i++) for (int j = 0; j < 4; j++) tmp[j][3 - i] = shape[i][j]; /* 顺时针90度 */ memcpy(shape, tmp, sizeof(tmp)); }

顺时针旋转的核心是tmp[j][3 - i] = shape[i][j]：把原矩阵第 i 行第 j 列的格子搬到新矩阵第 j 行第 3-i 列。这一行等号同时完成了转置和左右翻转，两步并一步，旋转后不需要再单独处理行列映射。旋转完成后要立刻做边界与碰撞检测，如果旋转后的位置与已有面板重叠或越界，就回滚这次旋转。更进阶的做法是加「踢墙」逻辑：旋转失败后尝试左右各偏移一格再检查，这是 Tetris Guideline 里 SRS 旋转系统的思路，课程设计做到基础版本即可，踢墙逻辑需要多维护一套偏移表，对新手性价比不高。

4.3 碰撞检测的边界顺序

#define COLS 10 #define ROWS 20 uint8_t board[ROWS][COLS]; /* 1表示已有方块 */ static int can_place(const uint8_t shape[4][4], int ox, int oy) { for (int r = 0; r < 4; r++) { for (int c = 0; c < 4; c++) { if (!shape[r][c]) continue; /* 空格不参与检测 */ int gx = ox + c; int gy = oy + r; if (gx < 0 || gx >= COLS) return 0; /* 左右越界 */ if (gy >= ROWS) return 0; /* 底部越界 */ if (gy >= 0 && board[gy][gx]) return 0; /* 与固化方块重叠 */ } } return 1; }

oy允许小于 0，因为方块从屏幕顶部上方出生，前几行在面板之外是正常状态，所以上方越界不拦截，只在gy >= 0时才查询面板。初学经常把这个写反，直接在gy < 0时返回 0，导致方块永远卡在顶部进不来。左右越界则无条件拦截，因为横向移动不能超出屏幕边界。board的类型选择uint8_t而不是int，一方面省 RAM，另一方面能为后续消行时的memcpy提供紧凑的内存块。

4.4 消行：从底部向上扫描并整体下移

static int clear_lines(void) { int cleared = 0; for (int row = ROWS - 1; row >= 0; ) { int full = 1; for (int col = 0; col < COLS; col++) { if (!board[row][col]) { full = 0; break; } } if (full) { for (int r = row; r > 0; r--) memcpy(board[r], board[r - 1], COLS); memset(board[0], 0, COLS); cleared++; /* row不自减：上面行下移后，当前行位置出现了新行，需要重新检查 */ } else { row--; } } return cleared; }

消行最容易出错的地方就是row的自减逻辑。如果消掉一行后无条件row--，会漏掉连续满行的情况，比如一次消掉两行时第二行不会被处理。正确做法是消行时保持row不变，等上面的行移下来后原地检查一遍。memcpy(board[r], board[r - 1], COLS)每次拷 10 字节，72MHz 下开销只有几十个周期，整个消行动作即便 20 行全清也远快于一次屏幕刷新，不会产生可感知的卡顿。返回的cleared用于计分：消 1 行 100 分、2 行 300 分、3 行 600 分、4 行 1000 分，这是俄罗斯方块通用的得分斜率，能区分「一次消四行」和「分四次消一行」的操作差异。

4.5 主循环状态机与游戏结束判定

游戏循环本质是一个有限状态机：生成方块、等待下落、碰撞后固化、消行、检查顶部是否溢出。固化逻辑放在try_drop()返回失败时触发：把当前方块的位置按 4x4 矩阵写入board，然后执行clear_lines()，再生成下一个方块。游戏结束判定不能只看新方块出生点是否被占用，还要考虑出生点上方可能已经有方块，俄罗斯方块标准判定是「新方块生成时立即做一次碰撞检测，失败则游戏结束」。这里我建议把生成和判定写进同一个函数：

static int spawn_block(uint8_t shape[4][4]) { memcpy(shape, preview_shape, sizeof(preview_shape)); int spawn_ok = can_place(shape, SPAWN_X, SPAWN_Y); if (!spawn_ok) return 0; /* 游戏结束 */ cur_x = SPAWN_X; cur_y = SPAWN_Y; return 1; }

SPAWN_X和SPAWN_Y需要根据你的面板列数算，10 列面板通常让方块出现在第 4 列（索引从 0 开始），SPAWN_Y设为 -2 让方块在屏幕上方半个方块的位置等待进入。这个设计比「出生点必须在面板内」更符合真实游戏手感，也让玩家有零点几秒的时间在方块完全进入视野前调整位置。

5. 按键EXTI消抖、串口重定向与FSMC花屏排错

5.1 用EXTI下降沿触发按键，tick追加减消抖

按键接在 PE0-PE3，内部上拉，按下接地触发下降沿。EXTI 配合 tick 消抖比HAL_Delay更合适，因为延时消抖会把中断阻塞住，期间玩家再按其他键就会丢事件，游戏响应感明显变差。

volatile uint32_t key_tick; void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) { if (g_tick - key_tick < 3) return; /* 30ms以内忽略 */ key_tick = g_tick; switch (GPIO_Pin) { case GPIO_PIN_0: move_left(); break; case GPIO_PIN_1: move_right(); break; case GPIO_PIN_2: rotate_right(); break; case GPIO_PIN_3: drop(); break; } }

3 个 tick 对应 30ms，足以滤掉机械按键抖动脉冲。中断回调里不要调用HAL_Delay，也不要把clear_lines这类循环较多的操作直接塞进来，中断要短。drop()硬降可以在这里只标记事件，真正执行固化与消行放到主循环里做，这样按键重复触发时不会重入消行逻辑。

5.2 串口重定向printf验证游戏状态

int fputc(int ch, FILE *f) { while (!(USART1->SR & USART_FLAG_TXE)); /* 等待发送寄存器空 */ USART1->DR = (uint8_t)ch; return ch; }

使用 MDK 的 microlib 时，这段重定向即可让printf("level=%d,score=%d\n", level, score);从串口 1 输出。配合 USB 转 TTL 模块，可以实时观察消行得分是否按预期累加。如果工程里同时用了串口 3 接其他模块，先确认fputc操作的是哪个 USART。串口 1 和串口 3 的时钟源、GPIO 复用配置都不一样，USART1->SR写成USART3->SR但时钟没打开，会直接卡死在发送等待循环里。

5.3 FSMC花屏排查顺序

LCD 全白或全黑时，先确认最小系统本身工作正常：晶振起振、BOOT0 拉低、复位电路完好，再怀疑时序。然后看 NE1 片选是否正常，LCD_CMD和LCD_DATA的地址偏移是否与 RS 实际接的 FSMC 地址线一致。用示波器抓 WR 写时序最直接：没有仪器就把时序参数放宽，AddressSetupTime = 15、DataSetupTime = 30能显示，再逐步缩小到性能可接受的最小值。如果只是偶尔闪烁，检查 RESET 引脚时序，LCD 必须先复位完成再初始化内部寄存器，上电瞬间 FSMC 总线上的杂散信号可能被 LCD 当成命令，所以初始化函数里要在写第一批寄存器前加长延时。

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