Proiectul reprezinta o implementare extinsa a jocului clasic Simon Says pe placa ATmega328P Xplained Mini. Jocul afiseaza secvente de lumini prin 4 LED-uri colorate, iar jucatorul trebuie sa reproduca secventa in ordinea corecta, apasand butoanele corespunzatoare. Cu fiecare nivel reusit, secventa creste in lungime, iar viteza de afisare creste progresiv.

Proiectul integreaza:

• LCD 16×2 cu modul I2C pentru afisarea scorului, nivelului, countdown-ului si mesajelor de stare
• Animatii LCD cu 8 caractere custom (inima, skull, trofeu, note muzicale, progress bar)
• Selectare dificultate la start — Easy / Medium / Hard, cu viteze si timpi diferiti
• Dificultate adaptiva bidiectionala — viteza creste la succese si scade la greseli
• Countdown vizibil pe LCD in timpul in care jucatorul replica secventa
• Feedback sonor prin buzzer activ, cu note diferite per culoare
• Melodie “We Are the Champions” la baterea recordului, cu LED-uri sincronizate
• Celebrare record in timp real — fara sa intrerupa jocul
• EEPROM persistent pentru salvarea celui mai bun scor intre resetari

Schema bloc:

1. La pornire, LCD afiseaza animatie de intro cu scroll si cel mai bun scor din EEPROM
2. LED-urile executa o animatie de bun-venit (wave in ambele directii)
3. Jucatorul selecteaza dificultatea: Easy (B1), Medium (B2), Hard (B3)
4. La apasarea oricarui buton, jocul incepe
5. Microcontrolerul genereaza o secventa aleatoare si o afiseaza prin LED-uri cu sunet specific fiecarei culori
6. Jucatorul reproduce secventa; pe LCD se afiseaza countdown-ul de timp ramas
7. La nivel corect: animatie inima care bate, scor actualizat, dificultate crescuta
8. Daca scorul depaseste recordul: celebrare imediata cu trofeu pe LCD si melodie, jocul continua
9. La raspuns gresit sau timeout: skull animat, Game Over, scor afisat, selectie dificultate din nou
10. Recordul persista in EEPROM intre resetari si deconectari

IDLE (ecran intro + animatie)
    │ apasare orice buton
    ▼
SELECT_DIFFICULTY (Easy / Medium / Hard)
    │ apasare B1 / B2 / B3
    ▼
SHOW_SEQUENCE (afisare secventa LED-uri cu sunet)
    │ secventa terminata
    ▼
WAIT_INPUT (asteapta input jucator, countdown vizibil pe LCD)
    ├─ corect, scor > record → RECORD (trofeu + melodie) → SHOW_SEQUENCE
    ├─ corect, scor <= record → CORRECT (animatie inima) → SHOW_SEQUENCE
    └─ gresit / timeout → GAME_OVER (skull animat + salvare scor) → SELECT_DIFFICULTY

Motivatia alegerii pinilor:

• PD0/PD1 au fost evitati — sunt RX/TX, folositi de comunicatia seriala USB cu mEDBG; conectarea LED-urilor pe acesti pini blocheaza upload-ul de cod
• PC4/PC5 sunt pinii hardware TWI (I2C) ai ATmega328P, oferind comunicatie stabila cu LCD-ul prin protocol hardware, nu software bitbang
• Butoanele folosesc INPUT_PULLUP intern — elimina necesitatea rezistentelor externe de pull-down, simplificand circuitul si reducand numarul de componente

LED-uri (x4, conectare identica):

Pin GPIO (D2-D5) ── Rezistenta 220Ω ── Anod LED (+, picior lung)
                                        Catod LED (-, picior scurt) ── GND

Butoane (x4, cu pull-up intern, fara rezistente externe):

Pin GPIO (D6-D9) ── Pin 1 buton (o latura)
GND ─────────────── Pin 2 buton (latura opusa, de cealalta parte a canalului central)
Pull-up intern activat prin INPUT_PULLUP → citeste LOW la apasare, HIGH in repaus

Buzzer activ:

D10 ── Pin + buzzer (marcat cu +)
GND ── Pin - buzzer (marcat cu -)

LCD I2C:

A4 (SDA/PC4) ── SDA modul I2C
A5 (SCL/PC5) ── SCL modul I2C
5V ──────────── VCC modul I2C
GND ─────────── GND modul I2C
Potentiometru albastru pe modul = reglaj contrast

• Arduino IDE cu framework Arduino
• Limbaj: C++ cu API Arduino
• Upload prin USB (mEDBG integrat pe placa Xplained Mini)
• Serial Monitor la 9600 baud pentru debugging si logging

• Selectare dificultate la start: jucatorul alege Easy / Medium / Hard inainte de fiecare joc, cu viteze si timpi de replica diferiti; selectia reapare dupa fiecare Game Over
• Dificultate adaptiva bidiectionala: viteza creste la succese (−20ms/nivel) si scade la greseli (+30ms), cu limite 150ms–600ms, mentinand jocul accesibil indiferent de nivel
• Celebrare record in timp real: daca scorul depaseste recordul in timpul jocului (nu doar la Game Over), se afiseaza trofeu pe LCD, se canta melodia si se salveaza in EEPROM — jocul continua fara intrerupere
• Animatii LCD cu caractere custom: 8 simboluri definite ca matrici 5×8 pixeli (inima, skull, trofeu, note muzicale, sageata, progress bar) folosite in animatii procedurale
• Melodie la record: primele 15 note din “We Are the Champions” cantate pe buzzer, cu LED-urile clipind sincronizat cu fiecare nota
• Countdown vizibil: in timpul replicii jucatorului, LCD afiseaza secundele ramase, actualizate in timp real

La pornire si dupa fiecare Game Over, jucatorul selecteaza dificultatea prin primele 3 butoane. LED-urile se aprind ca indicatori vizuali in timp ce asteapta selectia:

void selecteazaDificultate() {
  lcd.write(CHAR_NOTE);    lcd.print("E  ");   // Easy
  lcd.write(CHAR_SAGEATA); lcd.print("M  ");   // Medium
  lcd.write(CHAR_SKULL);   lcd.print("H");     // Hard
 
  // Aprinde LED-urile ca indicatori vizuali
  for (int i = 0; i < 3; i++) digitalWrite(ledPins[i], HIGH);
 
  while (!ales) {
    if (digitalRead(btnPins[0]) == LOW) { viteza=600; timpReplica=12000; ales=true; }
    if (digitalRead(btnPins[1]) == LOW) { viteza=500; timpReplica=10000; ales=true; }
    if (digitalRead(btnPins[2]) == LOW) { viteza=300; timpReplica=7000;  ales=true; }
  }
}

Dupa fiecare nivel, viteza si timpul de replica se ajusteaza automat. Limitele explicite previn ca jocul sa devina imposibil sau prea lent:

void ajusteazaDificultate(bool corect) {
  if (corect) {
    viteza      = max(150, viteza - 20);       // LED-urile se aprind mai repede
    timpReplica = max(5000, timpReplica - 300); // mai putin timp de replica
  } else {
    viteza      = min(600, viteza + 30);        // LED-urile se aprind mai lent
    timpReplica = min(12000, timpReplica + 500);// mai mult timp de replica
  }
}

In bucla de asteptare a butoanelor, LCD-ul este actualizat continuu cu secundele ramase. Functia returneaza −1 la timeout, tratata ca greseala:

int waitForButton() {
  unsigned long start = millis();
  while (millis() - start < (unsigned long)timpReplica) {
    int secRamase = (timpReplica - (millis() - start)) / 1000;
    lcd.setCursor(9, 1);
    lcd.print("T:"); lcd.print(secRamase); lcd.print("s  ");
 
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
      if (digitalRead(btnPins[i]) == LOW) {
        lightUp(i, 300);
        while (digitalRead(btnPins[i]) == LOW); // asteapta release
        delay(50);                               // debounce
        return i;
      }
    }
  }
  return -1; // timeout
}

LCD-ul 16×2 suporta pana la 8 caractere custom definite ca matrici de pixeli 5×8. Proiectul defineste 8 simboluri inregistrate la initializare cu lcd.createChar():

Exemplu definitie si animatie inima care bate:

byte inima[]      = {0b00000,0b01010,0b11111,0b11111,0b11111,0b01110,0b00100,0b00000};
byte inimaGoala[] = {0b00000,0b01010,0b10101,0b10001,0b10001,0b01010,0b00100,0b00000};
 
void animatieInima() {
  for (int i = 0; i < 3; i++) {   // 3 batai
    lcd.setCursor(15, 0);
    lcd.write(CHAR_INIMA);          // inima plina
    tone(buzzer, 800); delay(80); noTone(buzzer);
    delay(100);
    lcd.setCursor(15, 0);
    lcd.write(CHAR_INIMA_GOALA);    // inima goala
    delay(200);
  }
  lcd.setCursor(15, 0);
  lcd.write(CHAR_INIMA);
}

Progress bar pe randul 2 al LCD-ului, care arata progresul prin cele 20 de nivele:

void afiseazaProgressBar() {
  lcd.setCursor(0, 1);
  int pasi = map(level, 1, MAXLEVEL, 0, 16); // 1-20 nivele → 0-16 caractere
  for (int i = 0; i < 16; i++) {
    if (i < pasi) lcd.write(CHAR_PROG_FULL);
    else          lcd.write(CHAR_PROG_EMPTY);
  }
}

Spre deosebire de implementarile clasice (care verifica recordul doar la Game Over), aceasta implementare verifica dupa fiecare nivel corect. La depasirea recordului, se afiseaza trofeu, se salveaza in EEPROM si se canta melodia — apoi jocul continua:

// In loop(), dupa completarea unui nivel:
scor += level * 10;
ajusteazaDificultate(true);
 
if (scor > highScore) {
  celebreazaRecord();   // trofeu + melodie + salveaza EEPROM
} else {
  animatieInima();      // animatie normala nivel corect
}
 
level++;
if (level > MAXLEVEL) win();
else playSequence();    // jocul continua normal
 
void celebreazaRecord() {
  lcd.write(CHAR_TROPHY); lcd.print(" NOU RECORD! "); lcd.write(CHAR_TROPHY);
  highScore = scor;
  EEPROM.put(0, highScore);  // persistenta intre resetari
  cantaMelodie();             // We Are the Champions
}

La baterea recordului, buzzerul canta primele 15 note din “We Are the Champions”. LED-urile clipesc sincronizat cu melodia (cate un LED diferit per nota, in cicluri de 4):

const int melodieNote[]   = { 392,392,349,392,0,523,494,440,392,
                               659,659,659,587,523,392 };
const int melodieDurata[] = { 200,200,200,400,200,400,200,200,600,
                               200,200,200,200,200,600 };
 
void cantaMelodie() {
  for (int i = 0; i < melodieLen; i++) {
    if (melodieNote[i] == 0) { noTone(buzzer); }   // pauza intre note
    else {
      tone(buzzer, melodieNote[i]);
      digitalWrite(ledPins[i % 4], HIGH);           // LED sincronizat cu nota
    }
    delay(melodieDurata[i]);
    noTone(buzzer);
    digitalWrite(ledPins[i % 4], LOW);
    delay(30);
  }
}

Scorul maxim este salvat la adresa 0 din EEPROM. Validarea la citire protejeaza impotriva datelor corupte sau a primei porniri (cand EEPROM contine valori nedefinite):

// La pornire — citire cu validare:
EEPROM.get(0, highScore);
if (highScore < 0 || highScore > 9999) highScore = 0;
 
// La baterea recordului — scriere imediata:
EEPROM.put(0, highScore);

Butoanele mecanice genereaza bouncing la apasare si eliberare. Debounce-ul software combina doua tehnici complementare:

if (digitalRead(btnPins[i]) == LOW) {
  lightUp(i, 300);                          // feedback vizual imediat
  while (digitalRead(btnPins[i]) == LOW);   // asteapta release complet
  delay(50);                                // elimina bouncing la eliberare
  return i;
}

Validarea s-a realizat in mai multe etape:

1. Testare LED-uri individual:

// Aprinde fiecare LED pe rand cu delay, verifica orientarea si conexiunile
void loop() {
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    digitalWrite(ledPins[i], HIGH); delay(500);
    digitalWrite(ledPins[i], LOW);  delay(200);
  }
}

2. Testare butoane cu Serial Monitor:

// Afiseaza butonul apasat — a identificat problema de inversare GND/semnal
void loop() {
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    if (digitalRead(btnPins[i]) == LOW) {
      Serial.print("Buton "); Serial.print(i+1); Serial.println(" apasat!");
      delay(300);
    }
  }
}

3. Validare prin Serial Monitor in joc: La fiecare eveniment se afiseaza mesaje la 9600 baud:

=== SIMON SAYS ===
Dificultate: MEDIUM
------------------
NIVEL 3 | Viteza: 460ms
Secventa:
  1. Rosu
  2. Verde
  3. Albastru
Repeta secventa!
  Apasat: Rosu -> Corect! (1/3)
  Apasat: Verde -> Corect! (2/3)
  Apasat: Albastru -> Corect! (3/3)
Nivel completat! Scor: 60
*** NOU HIGH SCORE! ***
Viteza noua: 440 | Timp replica: 9400

4. Testare EEPROM: Dupa game over cu scor nou, s-a verificat ca la resetare hardware scorul persista (citit cu EEPROM.get la pornire si afisat pe LCD).

• Debounce software: asteptare release + delay 50ms, eliminand bouncing-ul mecanic fara timere hardware
• randomSeed(analogRead(A0)): pinul A0 neconectat citeste zgomot analogic, asigurand secvente cu adevarat aleatorii la fiecare pornire
• INPUT_PULLUP: elimina rezistentele externe de pull-down pentru butoane, simplificand circuitul
• Validare EEPROM la citire: protejeaza impotriva valorilor corupte sau nedefinite la prima pornire
• Celebrare record inline: verificarea si salvarea recordului se face dupa fiecare nivel, nu doar la Game Over, fara a intrerupe fluxul jocului

Proiectul functioneaza conform specificatiilor extinse:

• Selectarea dificultaii este functionala cu feedback LED si LCD, reapare dupa fiecare Game Over
• Secventele sunt generate aleator si afisate corect pe LED-uri cu sunet specific per culoare
• Butoanele sunt detectate corect cu debounce, fara false pozitive sau omisiuni
• LCD afiseaza nivel, scor, countdown timp ramas si animatii in timp real
• Dificultatea se ajusteaza automat dupa fiecare nivel in ambele directii
• Recordul se salveaza in EEPROM si persista intre resetari hardware si deconectari
• Celebrarea recordului se declanseaza imediat, fara sa intrerupa jocul
• Melodia “We Are the Champions” se canta corect cu LED-urile sincronizate pe note
• Progress bar-ul reflecta fidel progresul prin cele 20 de nivele

Proiectul Simon Says a fost implementat cu succes pe placa ATmega328P Xplained Mini, depasind specificatiile de baza prin adaugarea mai multor functionalitati care imbunatatesc experienta de joc si complexitatea tehnica.

Principalele provocari intampinate:

• LED-uri pe D0/D1 — conectarea initiala pe pinii RX/TX bloca upload-ul; rezolvat prin relocarea pe D2-D5
• High score blocat — valoare corupta in EEPROM dintr-o sesiune anterioara; rezolvat prin validare la citire si reset manual

Lectii invatate:

• Documentarea pinilor inainte de cablare evita conflicte greu de depanat
• Testarea incrementala (LED, buton, LCD, buzzer separat) economiseste timp considerabil
• INPUT_PULLUP simplifica semnificativ circuitul butoanelor
• Verificarea recordului in timp real (nu doar la Game Over) ofera o experienta de joc mai fluida

• Datasheet ATmega328P - Microchip
• ATmega328P Xplained Mini User Guide
• Arduino EEPROM Library Documentation
• Arduino Wire Library (I2C)
• LiquidCrystal_I2C Library - Frank de Brabander
• Ghid proiect PM - OCW UPB