TicTacToe++

TicTacToe++ simuleaza o consola handheld care faciliteaza jucarea jocului X si 0 (TicTacToe). Acesta simuleaza mai multe gamemoduri posibile cu grid variabil. Ofera feedback vizual prin intermediul unui ecran si vizual prin intermediul unui buzzer. Proiectul are incarcare prin baterii pentru putea fi folosit si “handheld”, fara a fi conectat la un calculator. Interactiunea cu jocul se face prin 5 butoane tactile de miscare (WASD) si unul de Select.

Componentele principale pe care le utilizez în proiect sunt:

Microcontroler ATmega328P (Xplained Mini)

Este unitatea centrala de procesare a consolei, responsabila pentru rularea logicii jocului și coordonarea tuturor perifericelor. Acesta citește semnalele de la butoane, procesează mutarile jucatorilor si transmite datele vizuale către ecranul TFT prin protocolul SPI, precum și semnalele audio catre buzzer.

Display TFT LCD 1.44 inch

Am utilizat un ecran TFT color cu rezoluție de 128×128 pixeli pentru a oferi o interfata grafica moderna jocului TicTacToe++. Acesta comunica cu microcontrolerul prin protocolul SPI. Ecranul este compatibil cu logica de 5V și afișează grila de joc, simbolurile “X” si “0” în culori diferite, cursorul de selecție si animații pentru mesajele de victorie sau remiză.

Butoane Push-Button (Input Control)

Sistemul utilizează un set de 6 butoane tactile configurate pentru un control optim: patru butoane așezate în format “D-Pad” pentru navigarea pe grilă (sus, jos, stânga, dreapta), un buton pentru confirmarea mutării (Select) și un buton pentru funcții suplimentare (Reset). Fiecare buton este configurat folosind rezistențele interne de tip pull-up ale microcontrolerului pentru a asigura citiri digitale stabile și pentru a simplifica circuitul electronic.

Buzzer Pasiv

Modulul buzzer pasiv este utilizat pentru a oferi feedback audio în timp real, imbunatatind experiența de utilizare.

Suport de baterii (3xAA)

Asigura alimentarea autonoma a consolei. Doar 3 baterii de aproximativ 1,6 V fiind suficiente.

Proiectul este scris in PlatformIO (in VS Code) cu compilerul standard *avr-gcc*. Singura librarie din exterior pe care am folosit-o este Adafruit_ST7735 (impreuna cu *Adafruit_GFX*), strict pentru a desena pe ecran.

Restul functiilor (partea de SPI, citirea butoanelor, debouncing-ul, sunetele si timpii) sunt facute de noi de la zero, fara librarii, umbland direct in registrii de pe ATmega328P.

Codul se bazeaza pe o masina de stari simpla (folosind un enum StareJoc):

• MENIU: Ecranul de start unde alegem dimensiunea tablei ($3\times3$, $4\times4$, $5\times5$).
• IN_JOC: Jocul propriu-zis, unde miscam cursorul, punem piese si scade timpul.
• GAME_OVER: Afiseaza cine a castigat si asteapta sa apasam pe butonul de reset.

Tabla este salvata intr-o matrice de intregi int tabla[5][5]. Logica este asa: 0 pentru patratel gol, 1 pentru Jucatorul X (Albastru) si 2 pentru Jucatorul O (Portocaliu). Pentru a vedea daca a castigat cineva, parcurgem matricea pe linii, coloane si diagonale cu o „fereastra” (Sliding Window) de 3 elemente vecine. Daca gasim 3 piese la fel, jocul se opreste.

• SPI Hardware Manual: Ca sa mearga ecranul foarte rapid, am configurat manual modulul SPI din procesor. Setați din registrul DDRB pinii de MOSI (PB3), SCK (PB5) si CS (PB2) ca iesiri. Dupa, am pornit SPI-ul din registrul SPCR pe mod Master si am activat viteza maxima de 8MHz din registrul SPSR (folosind bitul SPI2X). Asa ecranul se deseneaza instant.
• Sistemul cu doua timere (Timer0 si Timer2): Ca sa nu folosim functii blocante gen delay() care pun tot codul pe pauza, am impartit treaba pe doua timere interne:
  • Timer2 (Bara de timp): L-am pus in mod Normal cu prescaler de 64. Ii dam valoarea TCNT2 = 6 in functia de intrerupere ISR(TIMER2_OVF_vect) si asa primim o intrerupere fixa la fiecare 1 milisecunda. O folosim ca sa scadem timpul din tura (limita de 10 secunde).
  • Timer0 (Delay-uri pentru sunet si butoane): Este pus tot pe prescaler de 64 (un pas inseamna 4 microsecunde). Citim direct registrii TCNT0 si TIFR0 (prin metoda de *polling* / verificare continua) ca sa facem pauze exacte pentru frecventele de la buzzer si debouncing.

• void initSPIHardware(): Seteaza pinii de pe portul B si porneste modulul SPI din procesor.
• void initTimer0Delay(): Porneste Timer0 ca sa il avem gata pentru functiile de delay.
• void asteaptaMicrosecunde(unsigned int us) / void asteaptaMilsecunde(unsigned int ms): Functiile noastre de delay care asteapta dupa timerul hardware (se uita in registrul TCNT0 si asteapta flag-ul TOV0).
• void pulsHardware(int frecventaMicros, int durataMs): Misca rapid pinul PC5 (unde avem buzzerul) modificand registrul PORTC ca sa scoata sunete pe diferite frecvente.
• uint8_t citesteButoaneCuDebounce(): Citeste pinii din registrul PIND, asteapta 5ms si verifica din nou cu un XOR ca sa fie sigur ca apasarea e stabila si nu e doar zgomot (bounce).
• sunet[Eveniment](): Functii simple (ex: sunetCastig(), sunetMiscare()) care doar apeleaza pulsHardware cu valori diferite ca sa sune diferit.

• void calculeazaDimensiuni(): Calculeaza in pixeli cat de mari sa fie patratelele in functie de modul ales ($3\times3$, $4\times4$ sau $5\times5$) ca grila sa stea pe centrul ecranului.
• void deseneazaMeniu() / void deseneazaGameOver(): Coloreaza ecranele fixe si pune textul la coordonate fixe ca sa nu se incalece literele.
• void deseneazaGrila() / void deseneazaPiesa() / void deseneazaCursor(): Deseneaza efectiv liniile tablei, cercurile/X-urile si patratul de cursor in timpul meciului.
• void updateTimerGrafic(): Vede cat timp a trecut din secunda in secunda si redeseneaza bara colorata de sus (verde/rosie). Daca trec cele 10 secunde, schimba rândul automat.

• SPI: Configurat manual prin registrii hardware (SPCR, SPSR, SPDR) si pinii de pe Portul B. Trimitem octetii direct in siliciu la viteza maxima de 8MHz, fara functii gata facute.
• GPIO: Tot controlul pinilor (butoane, DC/RST ecran, buzzer) se face prin manipularea directa a registrelor de porturi (DDRB, PORTB, PORTD, PIND, DDRC, PORTC).
• Timere: Timer0 este folosit pentru delay-uri precise prin polling (numara pasi de 4 microsecunde pentru buzzer si debouncing), iar Timer2 genereaza baza de timp pentru cronometrul jocului.
• Intreruperi: Am activat intreruperea de overflow pe Timer2 (TIMER2_OVF_vect) pentru a scadea timpul la fiecare 1ms. Am facut asta ca sa nu avem operatii blocante in loop-ul principal, eliminand complet micro-lag-urile in timpul jocului.

In urma testarii pe hardware, proiectul este 100% functional, aspect demonstrat si in clipul video (.mp4) atasat in arhiva.

Performantele obtinute:

• Grafica fluida: Ecranul se randeaza instant datorita SPI-ului.
• Control fara lag: Cursorul si meniurile raspund imediat la butoane, iar debouncing-ul elimina apasarile duble.
• Audio stabil: Buzzerul scoate sunete clare pentru mutari, selectii, victorii sau erori.
• Timp precis: Bara de 10 secunde scade uniform prin Timer2, schimband automat jucatorul la expirare fara sa inghete jocul.

In urma multor teste si incercari, proiectul a fost implementat cu succes, respectand toate functionalitatile din planul initial. Pe partea de dezvoltare am intampinat si probleme hardware specifice: am ars controllerul USB al unei placi de test si am reusit sa rup pinii unui buton de pe board (cel configurat initial pentru Start). Totusi in final am reusit sa ajung la ce mi-am propus.

archive.zip

https://github.com/BurtescuEusebiu/TicTacToePM

xplainedmini.pdf

st7735.pdf