Joc 2048 pe Arduino

Nume: Dumitrache Stefan-Adelin
Grupa:331CB

Proiectul implementeaza jocul 2048 folosind o placa Arduino Uno R3. Jocul este afisat pe un display LCD grafic 128×64 cu controller ST7920, iar controlul mutarilor se face prin 4 butoane directionale. Pentru feedback, proiectul foloseste un buzzer pasiv si un LED RGB. Resetarea jocului se poate face folosind butonul de reset al placii Arduino.

Jocul 2048 este un joc de puzzle in care utilizatorul muta placutele de pe o tabla 4×4 in una dintre cele patru directii: sus, jos, stanga sau dreapta. Daca doua placute cu aceeasi valoare se intalnesc, acestea se combina intr-o singura placuta cu valoare dubla.

Scopul jocului este obtinerea unei placute cu valoarea 2048. Jocul se termina atunci cand nu mai exista mutari valide. In cadrul proiectului, interactiunea cu utilizatorul se realizeaza prin butoane, iar tabla de joc este afisata pe un display LCD grafic.

Partea hardware este formata dintr-o placa Arduino Uno R3, un display LCD grafic 128×64 cu controller ST7920, 4 butoane pentru controlul directiilor, un buzzer pasiv si un LED RGB. Display-ul este folosit pentru afisarea tablei de joc si a scorului, butoanele sunt folosite pentru mutarea placutelor, iar buzzer-ul si LED-ul RGB ofera feedback sonor si vizual.

Majoritatea componentelor, in afara display-ului LCD grafic, sunt incluse intr-un kit Arduino basic.

Schema electrica a proiectului este realizata pe breadboard, folosind placa Arduino Uno R3 ca unitate principala de control. Display-ul LCD ST7920 este conectat in mod serial, butoanele sunt conectate la pini digitali folosind rezistentele interne de pull-up ale microcontrollerului, iar LED-ul RGB si buzzer-ul sunt folosite pentru feedback vizual si sonor.

Pinii DB0-DB7 nu sunt folositi, deoarece display-ul este conectat in mod serial.

Butoanele sunt configurate in cod folosind rezistentele interne de pull-up. Fiecare buton este conectat intre pinul digital al placii Arduino si GND.

LED-ul RGB folosit este de tip catod comun. Fiecare culoare este conectata printr-o rezistenta de limitare a curentului.

• Display-ul LCD ST7920 foloseste pinii D10, D11 si D13 pentru comunicatia seriala.
• Pinul PSB al display-ului este conectat la GND pentru selectarea modului serial.
• Luminozitatea backlight-ului este redusa prin conectarea pinului BLK la GND printr-o rezistenta de 220 Ohm.
• Butoanele folosesc rezistentele interne de pull-up, deci nu sunt necesare rezistente externe pentru acestea.

Butoanele vor fi configurate in cod folosind rezistentele interne de tip INPUT_PULLUP ale placii Arduino. Fiecare buton va fi conectat intre pinul Arduino si GND.

Proiectul este implementat in Arduino IDE. Pentru controlul componentelor simple sunt folositi registrii microcontrollerului ATmega328P, iar pentru display-ul LCD ST7920 este folosita biblioteca U8g2 in mod software SPI.

Logica jocului este implementata folosind o matrice 4×4. La fiecare mutare, linia sau coloana afectata este comprimata, placutele egale sunt combinate, scorul este actualizat, iar apoi se adauga o noua placuta cu valoarea 2 sau 4. Jocul verifica permanent daca exista mutari valide sau daca s-a ajuns la valoarea 2048.

Pentru debugging este folosita comunicatia UART, initializata prin registri. Pentru buzzer-ul pasiv este folosit Timer2 in mod CTC, iar LED-ul RGB si butoanele sunt controlate prin acces direct la registrii GPIO.

Proiectul foloseste concepte din mai multe laboratoare PM:

• Laboratorul 0 - GPIO: butoanele directionale sunt citite direct din registrul PIND, iar LED-ul RGB si buzzer-ul sunt controlate prin registrii PORTD si PORTB.
• Laboratorul 1 - UART: interfata UART este initializata prin registrii UBRR0H, UBRR0L, UCSR0B si UCSR0C, iar datele de debug sunt trimise prin registrul UDR0.
• Laboratorul 3 - Timere: buzzer-ul pasiv este controlat folosind Timer2 in mod CTC, prin registrii TCCR2A, TCCR2B, OCR2A si TIMSK2.
• Laboratorul 5 - SPI: display-ul LCD ST7920 este controlat prin interfata SPI hardware a microcontrollerului, folosind registrii SPCR, SPSR si SPDR.

Pentru GPIO, pinii folositi pentru butoane sunt configurati ca intrari cu rezistente interne de pull-up, iar starile lor sunt citite din registrul PIND. LED-ul RGB si buzzer-ul sunt configurate ca iesiri prin registrii DDRD si DDRB si sunt controlate prin PORTD si PORTB.

Pentru UART, proiectul foloseste comunicatia seriala pentru debugging. Sunt trimise mesaje in Serial Monitor la pornirea jocului, la apasarea butoanelor, la mutari valide/invalide si la finalul jocului.

Pentru buzzer, Timer2 este configurat in modul CTC. La fiecare intrerupere, pinul buzzer-ului este comutat, generand un semnal periodic necesar pentru buzzer-ul pasiv.

Pentru LCD, comunicatia cu display-ul ST7920 este realizata prin SPI hardware. Arduino Uno foloseste pinii D13 pentru SCK, D11 pentru MOSI si D10 pentru CS. Datele sunt trimise catre LCD prin registrul SPDR, iar finalizarea transferului este verificata prin flag-ul SPIF din registrul SPSR.

• gpioInitRegisters() - configureaza pinii folositi pentru butoane, LED RGB si buzzer folosind registrii DDRD, DDRB, PORTD si PORTB.
• buttonUpPressed() - verifica daca butonul pentru mutarea in sus este apasat, citind registrul PIND.
• buttonDownPressed() - verifica daca butonul pentru mutarea in jos este apasat, citind registrul PIND.
• buttonLeftPressed() - verifica daca butonul pentru mutarea la stanga este apasat, citind registrul PIND.
• buttonRightPressed() - verifica daca butonul pentru mutarea la dreapta este apasat, citind registrul PIND.
• setLedRegisters() - controleaza LED-ul RGB folosind registrii PORTD si PORTB.
• uartInitRegisters() - initializeaza comunicatia UART pentru debugging, folosind registrii UBRR0H, UBRR0L, UCSR0B si UCSR0C.
• uartSendChar() - trimite un caracter prin UART folosind registrul UDR0.
• uartPrint() - trimite un sir de caractere prin UART.
• uartPrintln() - trimite un sir de caractere prin UART, urmat de linie noua.
• uartPrintNumber() - trimite o valoare numerica prin UART.
• timer2InitForBuzzer() - configureaza Timer2 in mod CTC pentru generarea sunetului pe buzzer.
• ISR(TIMER2_COMPA_vect) - rutina de intrerupere asociata Timer2, folosita pentru comutarea pinului buzzer-ului.
• beepRegisters() - porneste buzzer-ul pentru un interval de timp dat, folosind Timer2.
• clearGrid() - goleste tabla de joc.
• addRandomTile() - adauga o placuta noua cu valoarea 2 sau 4 intr-o pozitie libera.
• initGame() - initializeaza un joc nou, reseteaza scorul si adauga primele doua placute.
• drawGame() - afiseaza tabla de joc, scorul si mesajele de stare pe LCD.
• compressLine() - elimina spatiile libere dintre placute pe o linie.
• mergeLine() - combina doua placute vecine cu aceeasi valoare si actualizeaza scorul.
• moveLeft() - realizeaza mutarea tuturor placutelor spre stanga.
• moveRight() - realizeaza mutarea tuturor placutelor spre dreapta.
• moveUp() - realizeaza mutarea tuturor placutelor in sus.
• moveDown() - realizeaza mutarea tuturor placutelor in jos.
• isGameOver() - verifica daca mai exista mutari valide disponibile.
• processMove() - proceseaza rezultatul unei mutari, adauga placuta noua, actualizeaza LED-ul, buzzer-ul si verifica finalul jocului.
• setup() - initializeaza componentele hardware, UART-ul, Timer2, LCD-ul si jocul.
• loop() - citeste butoanele si executa mutarile jocului.

• 8 mai - completare pagina OCW: scurta descriere, schema bloc si lista de componente
• 11 mai - realizare montaj hardware pe breadboard si testare componente
• 11 mai - testare LCD ST7920, butoane directionale, LED RGB si buzzer pasiv
• 18 mai - implementare software pentru jocul 2048