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. 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