Mini Game Console
Introducere
Mini Game Console este o consolă de jocuri portabilă de dimensiuni reduse, construită în jurul microcontrollerului ATmega328P Xplained Mini.
- Ce face: Dispozitivul rulează două jocuri clasice — Snake și Tetris — afișate pe un ecran OLED de 0.96”. Jucătorul controlează jocul prin șase butoane fizice (direcții + acțiuni), iar efectele sonore sunt generate printr-un buzzer pasiv controlat prin PWM.
- Scopul proiectului: Realizarea unui dispozitiv de joacă embedded complet funcțional, care să integreze conceptele fundamentale studiate la laboratoarele de Proiectare cu Microprocesoare: GPIO, întreruperi, timere și comunicație I2C.
- Ideea de pornire: Proiectul a pornit din dorința de a combina nostalgia jocurilor clasice cu provocarea tehnică a programării low-level pe AVR, demonstrând că un microcontroller simplu poate rula aplicații interactive în timp real.
- Utilitate: Proiectul demonstrează în mod practic modul în care componentele hardware și software interacționează într-un sistem embedded complet — de la citirea intrărilor fizice până la afișarea graficii pe ecran și generarea sunetului.
Descriere generală
Schema bloc a proiectului este prezentată mai jos. Microcontrollerul ATmega328P Xplained Mini reprezintă unitatea centrală care coordonează toate celelalte module.
Schemă bloc:
Module și interacțiuni:
- ATmega328P Xplained Mini — unitatea centrală de procesare. Rulează logica jocurilor (Snake și Tetris), gestionează intrările de la butoane, actualizează afișajul și controlează buzzerul.
- Display OLED SSD1306 (128×64) — afișează starea curentă a jocului (grila, scorul, meniurile). Comunicația se face prin protocolul I2C (pinii SDA și SCL).
- Butoane ×6 — permit controlul jocului: Sus, Jos, Stânga, Dreapta (direcție) și A, B (acțiune/pauză). Apăsarea butoanelor este detectată prin întreruperi externe, nu prin polling.
- Buzzer Pasiv 5V — generează efecte sonore (mâncare colectată în Snake, plasare piesă în Tetris, game over). Controlat printr-un semnal PWM generat de Timer.
Laboratoare utilizate:
- Lab 0 — GPIO — configurarea pinilor pentru butoane (INPUT cu pull-up intern) și pentru buzzer (OUTPUT)
- Lab 2 — Întreruperi — detectarea apăsării butoanelor prin întreruperi externe (INT0, INT1) și pin-change interrupts (PCINT), eliminând necesitatea polling-ului continuu
- Lab 3 — Timere și PWM — Timer1 pentru game loop la frecvență fixă (~10 FPS), Timer2 pentru generarea semnalului PWM către buzzer (frecvențe diferite pentru sunete diferite)
- Lab 6 — I2C — comunicarea cu display-ul OLED SSD1306 prin protocolul I2C pentru afișarea graficii jocului
Hardware Design
Listă de piese
| Nr. | Componentă | Cantitate | Rol în proiect |
|---|---|---|---|
| 1 | ATmega328P Xplained Mini | 1 buc. | Microcontrollerul principal, creierul întregului sistem |
| 2 | Ecran OLED SSD1306 0.96” (I2C, 128×64) | 1 buc. | Afișarea jocului (Snake, Tetris), scorului și meniurilor |
| 3 | Butoane tactile PCB 6×6×5mm | 6 buc. | Control joc: Sus, Jos, Stânga, Dreapta, A (acțiune), B (pauză) |
| 4 | Buzzer pasiv 5V | 1 buc. | Efecte sonore: mâncare, plasare piesă, game over |
| 5 | Rezistențe 10kΩ | 6 buc. | Pull-down pentru butoane (opțional — se poate folosi pull-up intern) |
| 6 | Rezistență 100Ω | 1 buc. | Limitare curent buzzer |
| 7 | Condensatori 100nF | 2 buc. | Decuplare alimentare (stabilitate tensiune) |
| 8 | Breadboard 830 puncte | 1 buc. | Prototipare circuit fără lipire |
| 9 | Fire jumper M-M | 1 set | Conexiuni între componente pe breadboard |
| 10 | Fire jumper M-F | 1 set | Conexiuni de la placă la module externe |
| 11 | Cablu Micro-USB | 1 buc. | Alimentare 5V și programare ATmega de la laptop |
Conexiuni hardware
Display OLED SSD1306 → ATmega328P:
- SDA → PC4 (SDA, pin I2C)
- SCL → PC5 (SCL, pin I2C)
- VCC → 3.3V / 5V
- GND → GND
Butoane → ATmega328P:
- Buton Sus → PD2 (INT0)
- Buton Jos → PD3 (INT1)
- Buton Stânga → PB0 (PCINT0)
- Buton Dreapta → PB1 (PCINT1)
- Buton A → PB2 (PCINT2)
- Buton B → PB3 (PCINT3)
Buzzer Pasiv → ATmega328P:
- Pin + → PB3 (OC2A — ieșire PWM Timer2)
- Pin − → GND (prin rezistență 100Ω)
Software Design
Mediu de dezvoltare
- IDE: Microchip Studio (fost Atmel Studio) / VS Code cu extensie AVR
- Compilator: avr-gcc (AVR GNU Toolchain)
- Programare: AVRDUDE prin bootloader USB al plăcii Xplained Mini
- Limbaj: C (programare la nivel de registre, fără Arduino)
Librării și surse 3rd-party
- avr/io.h — acces la registrele ATmega328P
- avr/interrupt.h — gestionarea întreruperilor
- util/delay.h — delay-uri software (folosit minim, doar la inițializare)
- Librărie I2C custom (bazată pe laboratorul 6) — comunicație cu OLED
- Librărie SSD1306 (adaptată pentru AVR, fără Arduino) — desenare pixeli, caractere și forme pe OLED
Algoritmi și structuri planificate
Structura generală a firmware-ului:
- Inițializare — configurare GPIO, I2C, Timer1 (game loop), Timer2 (PWM buzzer), activare întreruperi globale
- Meniu principal — selecție joc (Snake / Tetris) prin butoane, afișat pe OLED
- Game loop — declanșat de Timer1 la ~100ms (10 FPS): citire stare butoane → actualizare logică joc → redesenare ecran
- ISR butoane — rutine de întrerupere pentru fiecare buton, cu debounce software (~20ms)
- ISR Timer2 — generare ton PWM pentru buzzer (frecvență variabilă în funcție de eveniment)
Joc Snake:
- Șarpele reprezentat ca listă circulară de coordonate (cap + coadă)
- Generare aleatoare a poziției mâncării (folosind valoarea Timer ca seed)
- Detecție coliziune cu pereții și cu propriul corp
- Creștere viteză pe măsură ce scorul crește (reducere perioadă Timer1)
- Afișare scor curent în colțul ecranului OLED
Joc Tetris:
- Grila de joc 10×16 celule, stocată ca matrice de biți
- 7 tipuri de piese (tetromino) cu rotație în 4 poziții
- Cădere automată controlată de Timer1, cădere rapidă prin buton
- Detecție și ștergere linii complete
- Afișare piesă următoare și scor
Rezultate Obţinute
Această secțiune va fi completată după finalizarea proiectului.
Concluzii
Această secțiune va fi completată după finalizarea proiectului.
Download
O arhivă (sau mai multe dacă este cazul) cu fişierele obţinute în urma realizării proiectului: surse, scheme, etc. Un fişier README, un ChangeLog, un script de compilare şi copiere automată pe uC crează întotdeauna o impresie bună 
.
.
Fişierele se încarcă pe wiki folosind facilitatea Add Images or other files. Namespace-ul în care se încarcă fişierele este de tipul :pm:prj20??:c? sau :pm:prj20??:c?:nume_student (dacă este cazul). Exemplu: Dumitru Alin, 331CC → :pm:prj2009:cc:dumitru_alin.
Jurnal
- Săptămâna 1: Alegerea temei, documentare componente, comandă piese
Bibliografie/Resurse
Resurse Hardware
Resurse Software
