Tamagotchi Circuits

Tamagotchi Circuits este un proiect individual care combină embedded cu o interfață hardware interactivă pe ESP32.

Ideea principală: o fantomă (Ghost Boo) afișată pe un ecran OLED devine tristă în timp. Pentru a o menține fericită, utilizatorul trebuie să joace minigame-uri — unele dintre ele implică construirea unor circuite electronice reale pe breadboard, pe care ESP32 le validează și le face graficul pe un al doilea ecran OLED dedicat minigame-urilor.

Scopul proiectului este de a oferi un sistem de recompensă concret (menținem fantoma fericită) prin construirea și înțelegerea unor circuite electronice, învățând astfel concepte de bază din electronică și fizică.

Proiectul este finalizat cu 9 minigame-uri funcționale: potentiometer, RC circuit (6 configurații), voltage divider, diode rectifier, transistor switch, NPN amplifier, deadbeet rhythm, și metronome.

Abstractizarea generală a conceptului de „circuit minigame” ca struct `minigame_t` este implementată: fiecare minigame expune `init`, `deinit`, `run` și un `mood_reward`, toate înregistrate într-un registry cu progresie liniară.

Proiectul este util pentru că stimulează dorința de a învăța electronică și de a construi circuite corecte, într-un mod interactiv și vizual.

Games 1–6b partajează GPIO25 și GPIO34 — circuitul de pe breadboard se schimbă între ele, nu pinii.

Modulele principale și interacțiunile dintre ele:

• ESP-32 Devkit V1 — nucleul sistemului; orchestrează toate minigame-urile, conduce ambele OLED-uri și perifericele
• OLED SH1106 1.3” — afișează fantoma permanent și starea ei (fericită / tristă / măsurând / celebrând)
• OLED SSD1306 0.96” — display dedicat minigame-urilor: instrucțiuni, bare de progres, osciloscop live
• Buzzer pasiv (PWM) — folosit în metronome minigame
• LED-uri RGB — folosite în deadbeet rhythm game
• Butoane tactile — input pentru deadbeet rhythm game + butonul principal BTN_A (GPIO33)
• ADC GPIO34 — măsurare circuite RC, voltage divider, rectifier, transistor, etc.
• ADC GPIO35 — senzor temperatură LM-35 / duty cycle metronome
• ADC GPIO32 — potențiometru minigame / BPM metronome

Ambele display-uri au adresa 0x3C — menținute pe bus-uri separate pentru a evita conflictul. Ambele sunt cablate pe Side 1 al DevKit-ului pentru cablaj curat.

Schema hardware placa (PDF)

Voltage divider, RC circuit diode rectifier, transistor switch, NPN amplifier, deadbeet rhythm, metronome: Vezi caietul cu ecuațiile și schemele pentru referință.

TODO: Schemă electrică pentru RC low/high-pass filter

TODO: Schemă electrică pentru capacitor buffer

TODO: Schemă electrică pentru LM-35 temperature sensor

Vezi caietul cu ecuațiile și schemele pentru referință.

• PlatformIO + ESP-IDF v5.x (framework-espidf)
• Toolchain: xtensa-esp-elf
• Librării third-party: niciuna — drivere custom pentru SH1106 și SSD1306, ADC oneshot (ESP-IDF built-in)

Două task-uri FreeRTOS:

• `ghost_task` — 8KB stack, rulează permanent la 50ms tick; gestionează animațiile fantomei, decayul de mood și spawn-ul minigame_task
• `minigame_task` — 4KB stack, spawnat on-demand la apăsarea butonului; distrus la finalul minigame-ului

Abstractizare minigame (`minigame_t`):

typedef struct {
    const char  *name;          // afișat pe SH1106 „NEXT:"
    esp_err_t  (*init)(void);   // configurare GPIO/ADC
    void       (*deinit)(void); // restaurare GPIO safe state
    bool       (*run)(void);    // loop blocant; true = pass
    uint8_t     mood_reward;    // puncte mood la PASS
} minigame_t;

Registry (`minigame_registry.c`): progresie liniară; `registry_advance()` apelat indiferent de rezultat (pass sau abort).

Ghost state machine: 5 stări — NEUTRAL, SAD, HAPPY, CELEBRATING, MEASURING. Decay de mood dependent de bandă (mai rapid la mood scăzut). Animații 2-frame per stare pe SH1106.

Buton (`g_minigame_btn`): ISR pe GPIO33 (falling edge, debounce 300ms). Când un minigame este activ, apăsările sunt rutate prin `g_minigame_btn` — fiecare minigame își gestionează propria logică de stop/avans.

6 configurații modulare, toți parametrii derivați din `tau_ms`:

• `charge_ms = 6 × τ` (încărcare la 99.75% din Vs)
• `sample_interval_ms = 5τ / 128` (128 sample-uri acoperă 5τ)
• τ ≥ 500ms → osciloscop live (flush per sample); τ < 500ms → batch (toate sample-urile, un singur flush)
• τ calculat prin least-squares pe ln(V(t)) cu timestamps reale (`esp_timer_get_time()`)
• Toleranță ±35% pentru a acomoda toleranța componentelor electronice (condensatoare ±20%)

• RC low/high-pass filter minigame
• Capacitor buffer minigame
• LM-35 temperature minigame

Proiectul a atins obiectivul principal: 9 minigame-uri funcționale, fiecare cerând utilizatorului să construiască un circuit real pe breadboard și să îl valideze cu ESP32.

Abstractizarea `minigame_t` s-a dovedit robustă — fiecare joc nou a necesitat modificări în exact 3 fișiere (minigame nou, `minigame_registry.c`, `minigame_rewards.h`), fără a atinge codul existent.

Cea mai complexă măsurătoare: RC τ prin least-squares pe ln(V) cu timestamps reale, toleranță ±35% pentru componente reale. Cea mai vizuală: diode rectifier cu osciloscop live pe SSD1306 — 128 sample-uri la 200Hz, 2 cicluri complete pe ecran.

GPIO25 și GPIO34 sunt partajate de 7 jocuri (RC, voltage divider, rectifier, transistor switch, NPN amplifier) — breadboard-ul se schimbă între minigame-uri, pinii nu. Aceasta a simplificat semnificativ cablajul permanent.

Remaparea display-urilor pe Side 1 al DevKit-ului (SSD1306→GPIO4/15, SH1106→GPIO18/5) a eliminat firele lungi care traversau breadboard-ul.

Rămân de implementat: RC filter, capacitor buffer și LM-35 — fiecare necesită aproximativ aceeași structură ca jocurile existente.

TODO: Arhivă cu sursele finale, README și instrucțiuni de compilare/flash.

• 11 aprilie — prima comandă: breadboard, SSD1306 (OLED 0.96” I2C), LM-35
• 6 mai — a doua comandă: ESP-32, SH1106 (OLED 1.3” I2C)
• 10 mai — primul demo funcțional: fantoma animată pe OLED, circuit RC pe breadboard, grafic al curbei de descărcare afișat pe ecran
• 16 mai — sistem complet de abstractizare minigame (minigame_t, registry, două task-uri FreeRTOS); potentiometer minigame funcțional; RC circuit minigame: osciloscop live pe SSD1306, τ prin least-squares, 6 configurații modulare
• 18 mai — deadbeet rhythm minigame implementat: secvență LED R/G/B generată de ESP, utilizatorul repetă pe 3 butoane
• 20 mai — achiziție kit SYB-120 (4 breadboard-uri, butoane colorate, potențiometre) de la Optimus Digital
• 23 mai — voltage divider minigame implementat
• 23 mai — remapare display-uri pe Side 1: SSD1306→GPIO4/GPIO15, SH1106→GPIO18/GPIO5; butoane deadbeet remapate pe GPIO19/17/16
• 23 mai — metronome minigame implementat: două potențiometre (BPM + duty cycle) + buzzer pasiv, hold 3s pentru pass
• 23 mai — diode rectifier minigame implementat: DAC cosine 200Hz pe GPIO25, osciloscop live SSD1306, validare prin std dev < 100mV
• 24 mai — NPN transistor switch minigame implementat (1kΩ bază, LED pe colector, pass dacă Vc/Vcc < 0.15); adăugat NPN_THEORY.md cu pinout 2N2222
• 26 mai — NPN amplifier variant implementat: 1MΩ bază (Ib=2.6µA), SSD1306 afișează Vc, Ic și β real; pass dacă 20 ≤ β ≤ 800

• Datasheet ESP32 — https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32_datasheet_en.pdf
• Datasheet SH1106 — https://www.displayfuture.com/Display/datasheet/controller/SH1106.pdf
• Datasheet SSD1306 — https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/SSD1306.pdf
• Datasheet LM-35 — https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf
• Datasheet 2N2222 — https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/p2n2222a-d.pdf
• ESP-IDF v5 I2C Master docs — https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-reference/peripherals/i2c.html
• ESP-IDF v5 ADC Oneshot docs — https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-reference/peripherals/adc_oneshot.html
• ESP-IDF v5 DAC Cosine docs — https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-reference/peripherals/dac.html
• ESP-IDF v5 FreeRTOS docs — https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-reference/system/freertos.html

Export to PDF