Proiectul meu consta in realizarea unei console de jocuri arcade retro (Tetris, Pacman si altele) din dorinta de a face un proiect pe care sa il pot folosi si dupa PM.

Consola va fi encapsulata intr-o carcasa printata 3d si va avea un ecran color pe care se desfasoara jocurile, incluzand un meniu de selectie. Pe langa acestea, vor fi amplasate butoane pentru controlul in cadrul jocurilor, pentru controlul sunetului sau a statusul consolei (on, sound, sleep).

Ceea ce doresc sa realizez este si functionalitatea de power management a consolei pentru conservarea energiei cand nu se joaca nimeni pe ea.

Ideea a pornit mai mult din dorinta de a face ceva fun si interactiv si sa invat mai mult despre cum se poate construi un proiect practic pana la stadiul de a fi chiar utilizabil.

Pentru salvarea high scores sau a nivelurilor la care jucatorul a ajuns voi folosi un card micro sd conectat la placuta care sa memoreze aceste date.

Este “creierul” consolei: un microcontroller dual-core Tensilica LX6 la 240 MHz, cu 520 KB SRAM și Wi-Fi/Bluetooth integrate. Primește alimentare prin pinul VIN (5 V) sau prin USB, iar regulatorul onboard îi trimite stabil 3,3 V la nucleu. Toate perifericele (SPI, ADC, GPIO, PWM, Deep-Sleep) sunt gestionate de ESP32.

Un display color 320×240 px care comunică prin SPI. Pe aceeași magistrală împarte datele între ecran și cardul microSD, având două CS-uri separate. Backlight-ul are un pin marcat “BL” cu “PWM SAFE” – silkscreen-ul indică faptul că placa conține intern tranzistor și rezistență de limitare, astfel încât poți aplica direct un semnal PWM din ESP32 pentru reglaj de luminozitate.

Se introduce direct în slotul modulului TFT. Servește la stocarea high-score-urilor, configurațiilor și eventual a altor asset-uri (hărţi de nivel, fonturi). Accesul se face cu biblioteca FatFS prin API-ul SD.begin(SD_CS) și operaţiuni standard SD.open()

Butoane (9×, INPUT_PULLUP + întreruperi)

• 4× direcţionale (D-pad) pentru navigare în joc.

• 2× A/B pentru acţiuni principale şi secundare.

• Start/Select pentru control de meniu și pauză.

• Power pentru deep-sleep/wake.

• Fiecare e configurat ca pinMode(…, INPUT_PULLUP) și declanșează ISR pe front FALLING, asigurând reacţie instantă fără polling.

Două rezistoare (100kΩ/100 kΩ) formează un divizor care aduce maxim 4,2 V de la BAT+ la ~2,1 V, sigur pentru ADC-ul ESP32. Se conecteaza punctul de măsură la GPIO35 (ADC1_CH7) cu atenuare de 11 dB și măsori nivelul bateriei în cod, transformând valoarea ADC invers la tensiunea reală a pachetului.

Două celule Li-Ion Samsung 25R (3,7 V nominal, 2 500 mAh fiecare) montate paralel într-un holder “go-bare”. În paralel se obtin ~5 000 mAh și tensiune constantă de 3,7 V, cu curent disponibil de zeci de amperi pentru perioade scurte.

Încărcător CC/CV pentru o singură celulă Li-Ion, alimentat la 5 V (micro-USB sau boost). Conține circuit de protecție la supraîncărcare, scurt-circuit și sub-tensiune. Pinii B+/B– se conectează la baterii, iar OUT+/OUT– livrează tensiunea protejată către consolă.

const int8_t shapes[7][4][4][2] = {
  // I-piece
  { // 0°        90°         180°       270°
    {{-2,0},{-1,0},{0,0},{1,0}},    //orizontal
    {{0,-2},{0,-1},{0,0},{0,1}},    // vertical
    {{-2,-1},{-1,-1},{0,-1},{1,-1}},// orizontal
    {{-1,-2},{-1,-1},{-1,0},{-1,1}} // vertical 
  },
  //...
 };

• formele in coordonate carteziene pentru piesele de tetris
• se porneste de la o forma fixa pentru fiecare piesa
• si cel mai simplu mod de a obtine coordonatele pentru o rotatie
• e sa inmultim cu matricea de rotatie 90 de grade:

{ {cos(pi / 2), sin(pi / 2)}, {cos(pi / 2), -sin(pi / 2)} }

void IRAM_ATTR onBtn(volatile uint32_t &lastTime, uint32_t debounce, volatile bool &flag) {
  uint32_t now = micros();
  if (now - lastTime > debounce) flag = true;
  lastTime = now;
}

• helper de ISR pt butoane ca sa nu am cod duplicat
• verific la debounce sa fi trecut un numar de secunde ca sa iau apasarea in considerare

void IRAM_ATTR onUp() {
  if (state == TETRIS) {
    onBtn(lastUp, DEB_SOUND, btnUpFlag);
  } else if (state == SNAKE) {
    onBtn(lastUp, DEB_FAST, btnUpFlag);
  }
 
  onBtn(lastUp, DEB_SOUND, btnUpFlag);
}
 
// alte butoane

• interuperi pentru butoane cu rate custom de debounce dependent de status consola
• de exemplu la butonul UP cand suntem in jocul de tetris cu el rotim piesa si nu
• vrem sa se roteasca foarte repede ca sa controlam precizia
• cand suntem pe meniu vrem cam tot acelasi debounce rate
• dar cand suntem pe snake vrem sa avem rapiditate

  pinMode(TFT_BL, OUTPUT);
  analogWrite(TFT_BL, brightness);
 
  ledcAttachChannel(BUZZER_PIN, 2000, 8, 2);
  ledcWriteTone(BUZZER_PIN, 0);
  //...

• initializez PWM-ul pe pinul capabil PWM TFT_BL pe canalul 0 pe care si-l ia implicit
• initializez buzzer ul pe canalul 2 de PWM ca sa nu intre in conflict cu backlight-ul

if (digitalRead(BTN_A)==LOW && now - lastBright > BRIGHT_DEBOUNCE_MS) {
    brightness = min(brightness + 16, 255);
    analogWrite(TFT_BL, brightness);
    lastBright = now;
}
if (digitalRead(BTN_B)==LOW && now - lastBright > BRIGHT_DEBOUNCE_MS) {
    brightness = max(brightness - 16, 0);
    analogWrite(TFT_BL, brightness);
    lastBright = now;
}

Prin functia `analogWrite` cresc sau descresc factorul de umplere ca sa maresc/micsorez luminozitatea ecranului in termeni discreti pana la rezolutia maxima a timer-ului 0 pe care se bazeaza acest PWM.

#define TFT_DC       2
#define TFT_RST     -1  // pus la 3v3
#define TFT_BL      15  // pwm pt luminozitate ecran
#define SD_CS        4   // select la card
 
// instantiaza obiectul tft cu care am acces la functiile ecranului
Adafruit_ILI9341 tft(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);
/* {...} */
SPI.begin(18, 19, 23);
tft.begin();
tft.setRotation(0);

• initializam liniile protocolului SPI specificand in ordine SCLK, MISO si MOSI
• setam ecranul sa functioneze in regimul de rotatie obisnuita adica cu verticala mai lunga decat orizontala

analogReadResolution(12);
analogSetAttenuation(ADC_11db);
pinMode(BAT_ADC_PIN, INPUT);

• ADC pentru baterie, 12 biti rezolutie, 11 db pt zgomot atenuare

void drawBattery() {
  // updateaza bateria doar odata la 1s ca sa nu fie flicker
  int now = millis();
  if (now - lastBatUpdate < 1000) {
    return;
  }
 
  lastBatUpdate = now;
 
  int raw = analogRead(BAT_ADC_PIN);
  float m = (raw / 4095.0f) * 3.3f, v = m * 2.0f * BAT_CAL_FACTOR;
  int pct = constrain(int((v - BAT_EMPTY_VOLTAGE)
            / (BAT_FULL_VOLTAGE - BAT_EMPTY_VOLTAGE) * 100 + 0.5), 0, 100);
  tft.fillRect(0, 0, tft.width(), 20, ILI9341_BLACK);
  tft.setCursor(2,2);
  tft.setTextSize(2);
  tft.setTextColor(ILI9341_WHITE);
  tft.print(v,2);
  tft.print("V");
  tft.setCursor(tft.width()-50, 2);
  tft.print(pct);
  tft.print("%");
}

• citeste valoarea pe 12 biti de pe pinul de ADC
• obtinem tensiunea la pinul ADC inmultind cu valoarea de referinta
• apoi obtinem valoarea reala a tensiunii din BAT+ a TP4056 inmultind cu 2
• pt ca avem divizor de tensiune cu 2 rezistenta egale
• calculam procentul de baterie rotunjit la cel mai apropiat int

Link varianta finala

1. 29 Aprilie - Alegere tema proiect
2. 11 Mai - Realizare schema bloc si schema electrica in Fritzing
3. 18 Mai - Realizarea hardware-ului in prima etapa
4. 25 Mai - Realizarea software in prima etapa
5. 29 Mai - Definitivarea hardware, software si a aspectului final al proiectului