Prezentarea pe scurt a proiectului:

• Proiectul constă într-un joc interactiv inspirat de „Chicken Invaders”, cu afișaj pe un ecran LCD, ce poate fi controlat cu ajutorul unui joystick și al unor butoane.

• Scopul proiectului este de a simula comportamentul unei console de jocuri de tip handheld. Acest concept presupune integrarea tuturor componentelor hardware (microcontrolerul, ecranul, joystick-ul și butoanele) într-un format compact și ergonomic.

• Ideea proiectului a pornit de la consolele pe care le-am folosit de-a lungul anilor, cum ar fi Nintendo DS sau Steam Deck, și de la un joc clasic al copilăriei mele: “Chicken Invaders”. Practic, mi-am propus să construiesc propria versiune a unei astfel de console, realizată de la zero și la o scară mult mai mică.

• Proiectul este, de asemenea, un exercițiu bun de optimizare și adaptare a codului unui joc video pentru un microcontroller, care are mai multe limitări (memorie redusă, clock speed scăzut, etc.).

Jocul este implementat pe microcontroller-ul ATmega328P și include următoarele funcționalități:

• Afișaj video: Comunicarea cu ecranul LCD se realizează prin protocolul SPI.

• Controlul mișcării: Coordonatele navei sunt controlate prin joystick. Tensiunile potențiometrelor aferente axelor X și Y sunt convertite în valori numerice prin modulul ADC integrat pe microcontroller.

• Acțiuni: Butoanele sunt conectate la pinii digitali (GPIO). Pentru a filtra zgomotul mecanic (contact bounce) fără a folosi funcții blocante precum delay(), se utilizează un algoritm de debouncing bazat pe Timere.

• Placa Arduino Nano: Aceasta conține microcontroller-ul ATmega328P care gestionează logica jocului, afișajul pe display și citește inputurile date de joystick și butoane.

• Ecran LCD: Pe acest ecran va fi afișat jocul “Micro Invaders” prin protocolul SPI.

• Joystick: Acesta conține 2 potențiometre care determină poziția navei pe ecran prin maparea valorilor sale la coordonatele X și Y.

• Push button: Folosit pentru a trage cu proiectile către inamici.

Link video: https://youtu.be/86-g_5LCc6M?si=7hPv4MY68I2BOmY2

Aplicația a fost dezvoltată pe VS Code cu extensia PlatformIO.

Pentru controlul ecranului TFT și randarea primitivelor grafice, au fost utilizate următoarele librării externe:

• Adafruit_GFX Library: Oferă funcțiile de bază pentru desenarea figurilor geometrice (linii, dreptunghiuri).
• Adafruit_ST7735 Library: Asigură comunicarea SPI dintre ATmega328P și modulul LCD ST7735.

• struct Enemy: Grupează variabilele de poziţie curentă (x, y), memoria grafică locală (oldX, oldY), poziţia de referinţă pentru mişcarea sinusoidală (baseY) şi un flag boolean “alive”. Inamicii sunt stocați într-un vector de astfel de structuri.
• struct Spark: “Spark-ul” reprezintă proiectilul lansat de către inamici. Stochează variabilele de poziție și memorie locală, dar și viteza de cădere și starea curentă (bool active).
• Matrice binare stocate în memoria Flash (PROGMEM): Pentru design-ul grafic al navelor şi inamicilor s-au utilizat vectori de tip “unsigned char”. Această structură reţine bitmap-urile în memoria Flash pentru funcția de redare pe ecran.

Logica jocului, controlul perifericelor și randarea grafică sunt gestionate prin intermediul următoarelor funcții:

• setup(): Configurarea inițială a sistemului. Inițializează regiștrii de direcție ai porturilor (DDRB, DDRD) stabilind pinii ca ieșire/intrare, configurează multiplexorul ADC și registrul de control, setează Timer 2 în modul CTC pentru generarea întreruperilor la 1ms și pornește ecranul TFT afișând ecranul inițial.

• loop(): Nucleul asincron al programului. Rulează pe baza cadrelor de timp (gameTicks), executând logica jocului o dată la ~30ms pentru a asigura un framerate stabil. Gestionează citirea potențiometrelor joystick-ului și apelează funcțiile de actualizare (updateEnemies(), updatePlayerBullet(), updateSparks()). De asemenea, loop() conține și cod specific jucătorului, precum definirea limitelor ecranului, desenarea navei, afișarea scorului și verificarea dacă jucătorul a tras spre inamici.

• ISR(TIMER2_COMPA_vect): Funcția de întrerupere a Timer-ului 2. Incrementează ceasul intern al jocului și rulează algoritmul de debouncing hardware pentru citirea stabilă a butonului de tras.

• readADC(uint8_t channel): Schimbă canalul multiplexorului ADC, pornește conversia hardware, așteaptă finalizarea acesteia și returnează valoarea brută (0-1023) a joystick-ului.

• spawnSpark(): Caută un slot liber în vectorul de proiectile pentru a activa și lansa o „scânteie” cu viteză aleatorie de sub inamicul care trage.

• respawnEnemies(): Activează toți cei 8 inamici și îi așează ordonat pe două rânduri la coordonatele de pornire pentru a genera un nou val de joc.

• updateEnemies(): Actualizează poziția pe ecran a inamicilor. Verifică dacă grupul a atins marginile laterale pentru a inversa direcția de mers și calculează șansa aleatorie (~2%) ca un inamic să genereze un proiectil la oricare cadru. Pentru efectul sinusoidal de mișcare al inamicilor, am păstrat valoarea Y de bază (baseY) pe care am folosit-o în ecuația de update a coordonatei Y (flock[i].y). De asemenea, funcția gestionează și logica de coliziune dintre jucător și inamici.

• updatePlayerBullet() / updateSparks(): Funcțiile de mișcare ale proiectilelor. Mută pozițiile pe ecran (în sus pentru jucător, în jos pentru inamici), aplică algoritmul de ștergere a pixelilor vechi, redesenează obiectele și verifică continuu coliziunile cu țintele prin calcularea distanțelor absolute (AABB).

• drawShip() / drawEnemy(): Funcții pentru desenarea acestor obiecte pe ecran. Pentru obținerea unor aspecte mai detaliate, am desenat “de mănă” pixel-artul navei și a inamicilor (microcontrollere, hence the name “Micro Invaders”) prin definirea unui bitmap (care este incărcat în memoria SRAM prin “PROGMEM” pentru metoda de desenare “drawBitmap()”). Pe lăngă bitmap, am mai adăugat și alte detalii mai simple prin “fillRect()”. Pentru ștergerea sprite-urilor de pe pozițiile vechi, se desenează utilizând culoarea fundalului (ST77XX_BLACK).

• showGameOver(): Oprește jocul, colorează ecranul în roșu, afișează scorul final și blochează execuția într-o buclă de așteptare până la o nouă apăsare a butonului.

• resetGame(): Readuce toate variabilele globale la starea inițială, curăță ecranul, resetează vectorii de proiectile și apelează funcția de respawn pentru a genera un val nou de inamici.

Export to PDF