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Jogo "Walking Man" em display LCD - Arduino jogo #06

Angelo Luis Ferreira | 15/03/2023 Acessos: 1.600

Jogo 6 : Walking Man - jogo em LCD

Objetivo

Neste projeto vamos criar um mini jogo bem bacana feito em um display de LCD. O jogo consiste em controlar um "homenzinho", fazendo com que ele pule obstáculos para alcançar a maior distância possível. Você pode jogar sozinho ou convidar seus amigos para disputarem quem consegue a maior distância.

Obs.: O projeto do jogo foi baseado no link De AnniBot e adaptado pelo Squids Arduino.

Aplicação

Para fins didáticos e diversão.

Componentes necessários

Referência

Componente

Quantidade

Imagem

Observação
Protoboard Protoboard 830 pontos 1 Resultado de imagem para protoboard 830v

No mínimo utilizar protoboard com 400 pontos
Jumpers Kit cabos ligação macho / macho 1    
Push Button Push button 6X6X5mm 1    
Capacitor Cerâmico 

Capacitor Cerâmico 2nF a 10nF 

(opcional)

 1  3 Pçs 2.2nf X 2kv Capacitor 222 2200 105°c 2kv Capacitores - R$ 21 ...

Utilize o capacitor apenas se tiver problemas com o acionamento do botão (pushbutton)

O capacitor poderá ser utilizado para estabilizar a função do botão (push button) no caso
Display LCD Display LCD 16X2 1  

LCD que utilize o controlador HD44780 (veja na descrição ou datasheet do componente)

O display poderá ser de qualquer cor (fundo verde, azul ou vermelho)
Módulo I2C para display LCD 

Módulo I2C com CI PCF8574 

(opcional)

  1 Módulo I2C display LCD Arduino   

O módulo I2C poderá vir separado ou já soldado no display LCD

(datasheet)

Se você não possui um módulo I2C para display LCD, poderá adaptar o projeto para o display LCD sem o adaptador I2C.
Arduino UNO Arduino UNO 1

Você poderá utilizar uma placa Arduino UNO original ou similar

Montagem do Circuito

Conecte os componentes no Protoboard como mostra a figura abaixo. Verifique cuidadosamente os cabos de ligação antes de ligar seu Arduino. Lembre-se que o Arduino deve estar totalmente desconectado da fonte de energia enquanto você monta o circuito.


Atenção

1. Monte o botão (push button) sem o resistor, pois através da programação vamos habilitar o resistor pull-up interno do arduino. Desta forma, quando o botão estiver pressionado, o Arduino retornará "LOW" ou "0". Veja o tutorial: Como usar push button com Arduino (programação).

 

2. Como vamos configurar uma interrupção externa neste projeto, é possível que precisaremos utilizar um capacitor cerâmico para evitar o efeito "bouncing" no push button.

2.1. Experimentalmente, na nossa montagem deste mini jogo, não foi necessária a utilização do capacitor cerâmico, pois o botão (push button) respondeu satisfatoriamente sempre quando foi acionado.

2.2. Entretanto, como a interrupção externa gera uma ação muito rápida, as vezes, somente o delay utilizado no software poderá não ser suficiente para evitar as oscilações geradas pelo efeito "bouncing". Portanto, se perceber algum atraso na resposta do push button quando acionado, é recomendável utilizar um capacitor cerâmico de 2,0nF a 10nF na montagem do botão.  Veja abaixo como conectar o capacitor cerâmico.

 

2.3. O efeito "bouncing" ocorre sempre quando trabalhamos com chaves mecânicas. Ele é responsável por gerar equivocadamente sinais como se ocorressem diversos acionamentos em um pequeno intervalo de tempo:

2.3.1. Veja no gráfico abaixo o exemplo deste efeito. Observe que ao pressionarmos um botão, por exemplo, ocorre algumas oscilações rápidas com idas e vindas do nível lógico alto e do nível lógico baixo, antes da estabilização das partes mecânicas do componente. Estas oscilações podem gerar informações indevidas ao nosso microcontrolador, que interpretará que o botão foi pressionado rapidamente várias vezes, quando na verdade foi pressionado apenas um vez.

 

2.4. Debouncing são técnicas que utilizamos para resolver este problema. O "debouncing" consiste basicamente em atrasar o código, através do software, com o uso da função delay(), função delayMicroseconds(), função millis(), ou através do hardware, com a instalação de um capacitor ou ainda através de bibliotecas específicas.

2.4.1. Como configuramos uma interrupção externa para atuar em uma chave mecânica (push button, por exemplo), o sinal será enviado diretamente no pino do microcontrolador quando pressionamos o botão. Por isso, para eliminarmos os efeitos do "bouncing" de forma mais eficiente precisamos criar um atraso primeiro no hardware, usando o capacitor cerâmico e depois no software, usando a função delayMicroseconds() que funcionará em uma ISR (Interrupt Service Routine, ou Rotina de Serviço de Interrupções em português).

3. Como vamos utilizar interrupção externa, recomendo que leia os seguintes tutoriais:

4. Neste projeto vamos utilizar um display LCD 16x2 com controlador HD44780, que se adapta aos mais diversos projetos com vários modelos de placas e microcontroladores. Este display possui 16 colunas por 2 linhas com backlight (luz de fundo) verde, azul ou vermelha e tem 16 pinos para a conexão. Atenção: Utilize um display LCD com os pinos soldados.

 

5. Para a montagem do display com adaptador, entenda a estrutura do módulo I2C para display LCD 16x2 / 20X4:

Módulo I2C - Detalhes

5.1. Na lateral do adaptador encontramos 4 pinos, sendo: 2 pinos para alimentação (Vcc e GND) e 2 pinos para conexão com a interface I2C (SDA e SCL) que deverão estar conectados nos pinos analógicos A4 (SDA) e A5 (SCL) do Arduino Uno ou nos pinos A20 (SDA) e A21 (SCL) do Arduino Mega 2560. Veja a tabela abaixo com onde temos as principais placas Arduino e suas conexões com o I2C.

5.2. Para controlar o contraste do display, utilize o potenciômetro de ajuste de contraste. O jumper lateral, quando utilizado, permite que a luz do fundo (backlight) seja controlada pelo programa ou permaneça apagada.

 

5.3. A seleção de endereço do adaptador I2C para display LCD, na maioria dos módulos fornecidos no mercado já vêm configurados com o com o endereço 0x27. Se você não sabe qual endereço que o seu módulo I2C e/ou módulo RTC DS3231 está configurado, baixe o seguinte "sketch":

DOWNLOAD - I2C_scanner.ino

5.3.1 Após instalar e rodar o sketch acima, abra o monitor serial que mostrará qual é o endereço que o seu módulo I2C e o módulo RTC DS3231 está configurado:

 

5.3.2 Nos casos em que módulo I2C estiver configurado com uma faixa de endereços diferente do endereço 0X27 altere a alinha de programação -> LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,2,1,0,4,5,6,7,3, POSITIVE); com o endereço correto.

5.4. Para saber mais sobre a montagem e utilização de display LCD com módulo I2C leia: Projeto 48 - Como controlar um display LCD com o módulo I2C.

6. Caso opte pela montagem do display LCD sem o módulo I2C, segue abaixo um exemplo de montagem do projeto:

6.1. Para usar o display sem o módulo I2C, não esqueça de fazer também as alterações no sketch para a configuração:

6.1.1. A biblioteca utilizada neste caso, não precisa ser instalada, pois já vem de forma nativa no IDE do Arduino.

6.1.2. Para maiores informações leia: Projeto 38 - Controlando um display LCD (instalação e comandos básicos) 

#include 
LiquidCrystal lcd(12,11,5,4,3,6);

7. Veja abaixo como ficou a montagem do nosso projeto:

Incluindo biblioteca LiquidCrystal_I2C (caso ainda não tenha instalado)

Atenção: Caso você opte pela utilização do display de LCD sem o módulo I2C, siga os procedimentos do Projeto 38 - Controlando um display LCD (instalação e comandos básicos) e não instale a biblioteca abaixo.

Para que o módulo I2C funcione corretamente é necessário adicionarmos a biblioteca LiquidCrystal_I2C no IDE do Arduino. Uma das grandes vantagens das placas Arduino é a diversidade de bibliotecas disponíveis que podem ser utilizadas em seus programas. Estas bibliotecas podem ser criadas para a linguagem "C" ou especificamente para o Arduino, reduzindo drasticamente o tempo gasto com programação. Veja a tabela Coletânea de bibliotecas para sensores.

Download dos arquivos da biblioteca LiquidCrystal_I2C

 DOWNLOAD - NewliquidCrystal_1.3.4.zip

Para saber detalhes desta biblioteca clique aqui.

Instalando a biblioteca pelo IDE do Arduino

Após fazer o download do arquivo NewliquidCrystal_1.3.4.zip com todos os arquivos da biblioteca compactados no formato zip, abra o IDE do Arduino e siga o tutorial:Como incluir uma biblioteca no IDE do Arduino.

Utilizando a biblioteca LiquidCrystal_I2C

Para instalação e utilização da biblioteca para o módulo I2C como comunicação para um display LCD siga o tutorial: Projeto 48 - Como controlar um display LCD com o módulo I2C

Código do Projeto (Sketch)

1. Faça o download e abra o arquivo jogo6.ino no IDE do Arduino: DOWNLOAD - jogo6.ino

Obs. 1: Nos casos em que módulo I2C estiver configurado com um endereço diferente do endereço 0X27, altere a alinha de programação -> LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,2,1,0,4,5,6,7,3, POSITIVE); com o endereço correto. - Veja o tutorial Projeto 48 - Como controlar um display LCD com o módulo I2C

Obs. 2: Se estiver utilizando um display de LCD 20 X 4, altere o comando da linha 45 para lcd.begin (20,4);

Obs.3: Se não possuir o módulo I2C utilize apenas o display LCD conforme Projeto 38 - Controlando um display LCD (instalação e comandos básicos).

2. Vamos utilizar também neste projeto, o conceito de compilação de arquivos tipo header file, que são arquivos com extensão .h. Estes arquivos permitem a reutilização do código em outros projetos, além de possibilitar uma maior organização e otimização da estrutura do programa.

Header file: Em programação de computadores, um arquivo cabeçalho (em inglês: header file) é um arquivo, ou seja, uma biblioteca que contêm uma coletânea de funções reutilizáveis separadas do código fonte principal.

2.1. Obtenha o header file defs.h e coloque na mesma pasta do sketch no IDE do Arduino:  DOWNLOAD defs.h

3. Se preferir, copie e cole os códigos abaixo no IDE do Arduino:

3.1. Arquivo principal: Jogo6.ino

/*******************************************************************************
*
*  Jogo 6 - Jogo no display LCD 
*  Adaptado por Angelo Luis Ferreira
*            13/03/2021
*    http://squids.com.br/arduino
*
*******************************************************************************/
// inclui biblioteca para o lcd e conexão I2C
#include 
#include 
// Inicializa o display no endereco 0x27
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,2,1,0,4,5,6,7,3, POSITIVE);

// definiçõea (constantes e variáveis iniciais)
#include "defs.h"

void setup(){
  pinMode(PIN_READWRITE, OUTPUT);
  digitalWrite(PIN_READWRITE, LOW);
  pinMode(PIN_CONTRAST, OUTPUT);
  digitalWrite(PIN_CONTRAST, LOW);
  pinMode(PIN_BUTTON, INPUT);
  digitalWrite(PIN_BUTTON, HIGH);
  pinMode(PIN_AUTOPLAY, OUTPUT);
  digitalWrite(PIN_AUTOPLAY, HIGH);
  
  // Digital pin 2 maps to interrupt 0 (ao clicar no botão, buttonPushed passa a ser true)
  attachInterrupt(0/*PIN_BUTTON*/, buttonPush, FALLING); 
  
  initializeGraphics(); // inicializa a tela gráfica
  
  lcd.begin(16, 2); // inicializa o display lcd 
}

void loop(){
  static byte heroPos = HERO_POSITION_RUN_LOWER_1;
  static byte newTerrainType = TERRAIN_EMPTY;
  static byte newTerrainDuration = 1;
  static bool playing = false;
  static bool blink = false;
  static unsigned int distance = 0;
  
  if (!playing) {
    drawHero((blink) ? HERO_POSITION_OFF : heroPos, terrainUpper, terrainLower, distance >> 3);
    if (blink) {
      lcd.setCursor(0,0);
      lcd.print("Press Start");
    }
    delay(250);
    blink = !blink;
    if (buttonPushed) {
      initializeGraphics();
      heroPos = HERO_POSITION_RUN_LOWER_1;
      playing = true;
      buttonPushed = false;
      distance = 0;
    }
    return;
  }
  // Shift the terrain to the left
  advanceTerrain(terrainLower, newTerrainType == TERRAIN_LOWER_BLOCK ? SPRITE_TERRAIN_SOLID : SPRITE_TERRAIN_EMPTY);
  advanceTerrain(terrainUpper, newTerrainType == TERRAIN_UPPER_BLOCK ? SPRITE_TERRAIN_SOLID : SPRITE_TERRAIN_EMPTY);
  
  // Make new terrain to enter on the right
  if (--newTerrainDuration == 0) {
    if (newTerrainType == TERRAIN_EMPTY) {
      newTerrainType = (random(3) == 0) ? TERRAIN_UPPER_BLOCK : TERRAIN_LOWER_BLOCK;
      newTerrainDuration = 2 + random(10);
    } else {
      newTerrainType = TERRAIN_EMPTY;
      newTerrainDuration = 10 + random(10);
    }
  }
    
  if (buttonPushed) {
    if (heroPos <= HERO_POSITION_RUN_LOWER_2) heroPos = HERO_POSITION_JUMP_1;
    buttonPushed = false;
  }  
  if (drawHero(heroPos, terrainUpper, terrainLower, distance >> 3)) {
    playing = false; // The hero collided with something. Too bad.
  } else {
    if (heroPos == HERO_POSITION_RUN_LOWER_2 || heroPos == HERO_POSITION_JUMP_8) {
      heroPos = HERO_POSITION_RUN_LOWER_1;
    } else if ((heroPos >= HERO_POSITION_JUMP_3 && heroPos <= HERO_POSITION_JUMP_5) && terrainLower[HERO_HORIZONTAL_POSITION] != SPRITE_TERRAIN_EMPTY) {
      heroPos = HERO_POSITION_RUN_UPPER_1;
    } else if (heroPos >= HERO_POSITION_RUN_UPPER_1 && terrainLower[HERO_HORIZONTAL_POSITION] == SPRITE_TERRAIN_EMPTY) {
      heroPos = HERO_POSITION_JUMP_5;
    } else if (heroPos == HERO_POSITION_RUN_UPPER_2) {
      heroPos = HERO_POSITION_RUN_UPPER_1;
    } else {
      ++heroPos;
    }
    ++distance;
    
    digitalWrite(PIN_AUTOPLAY, terrainLower[HERO_HORIZONTAL_POSITION + 2] == SPRITE_TERRAIN_EMPTY ? HIGH : LOW);
  }
  delay(100);
}

// Slide the terrain to the left in half-character increments
//
void advanceTerrain(char* terrain, byte newTerrain){
  for (int i = 0; i < TERRAIN_WIDTH; ++i) {
    char current = terrain[i];
    char next = (i == TERRAIN_WIDTH-1) ? newTerrain : terrain[i+1];
    switch (current){
      case SPRITE_TERRAIN_EMPTY:
        terrain[i] = (next == SPRITE_TERRAIN_SOLID) ? SPRITE_TERRAIN_SOLID_RIGHT : SPRITE_TERRAIN_EMPTY;
        break;
      case SPRITE_TERRAIN_SOLID:
        terrain[i] = (next == SPRITE_TERRAIN_EMPTY) ? SPRITE_TERRAIN_SOLID_LEFT : SPRITE_TERRAIN_SOLID;
        break;
      case SPRITE_TERRAIN_SOLID_RIGHT:
        terrain[i] = SPRITE_TERRAIN_SOLID;
        break;
      case SPRITE_TERRAIN_SOLID_LEFT:
        terrain[i] = SPRITE_TERRAIN_EMPTY;
        break;
    }
  }
}

// Desenha man e o cenário
bool drawHero(byte position, char* terrainUpper, char* terrainLower, unsigned int score) {
  bool collide = false;
  char upperSave = terrainUpper[HERO_HORIZONTAL_POSITION];
  char lowerSave = terrainLower[HERO_HORIZONTAL_POSITION];
  byte upper, lower;
  switch (position) {
    case HERO_POSITION_OFF:
      upper = lower = SPRITE_TERRAIN_EMPTY;
      break;
    case HERO_POSITION_RUN_LOWER_1:
      upper = SPRITE_TERRAIN_EMPTY;
      lower = SPRITE_RUN1;
      break;
    case HERO_POSITION_RUN_LOWER_2:
      upper = SPRITE_TERRAIN_EMPTY;
      lower = SPRITE_RUN2;
      break;
    case HERO_POSITION_JUMP_1:
    case HERO_POSITION_JUMP_8:
      upper = SPRITE_TERRAIN_EMPTY;
      lower = SPRITE_JUMP;
      break;
    case HERO_POSITION_JUMP_2:
    case HERO_POSITION_JUMP_7:
      upper = SPRITE_JUMP_UPPER;
      lower = SPRITE_JUMP_LOWER;
      break;
    case HERO_POSITION_JUMP_3:
    case HERO_POSITION_JUMP_4:
    case HERO_POSITION_JUMP_5:
    case HERO_POSITION_JUMP_6:
      upper = SPRITE_JUMP;
      lower = SPRITE_TERRAIN_EMPTY;
      break;
    case HERO_POSITION_RUN_UPPER_1:
      upper = SPRITE_RUN1;
      lower = SPRITE_TERRAIN_EMPTY;
      break;
    case HERO_POSITION_RUN_UPPER_2:
      upper = SPRITE_RUN2;
      lower = SPRITE_TERRAIN_EMPTY;
      break;
  }
  if (upper != ' ') {
    terrainUpper[HERO_HORIZONTAL_POSITION] = upper;
    collide = (upperSave == SPRITE_TERRAIN_EMPTY) ? false : true;
  }
  if (lower != ' ') {
    terrainLower[HERO_HORIZONTAL_POSITION] = lower;
    collide |= (lowerSave == SPRITE_TERRAIN_EMPTY) ? false : true;
  }
  
  byte digits = (score > 9999) ? 5 : (score > 999) ? 4 : (score > 99) ? 3 : (score > 9) ? 2 : 1;
  
  // Draw the scene
  terrainUpper[TERRAIN_WIDTH] = NULL;
  terrainLower[TERRAIN_WIDTH] = NULL;
  char temp = terrainUpper[16-digits];
  terrainUpper[16-digits] = NULL;
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print(terrainUpper);
  terrainUpper[16-digits] = temp;  
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print(terrainLower);
  
  lcd.setCursor(16 - digits,0);
  lcd.print(score);
  terrainUpper[HERO_HORIZONTAL_POSITION] = upperSave;
  terrainLower[HERO_HORIZONTAL_POSITION] = lowerSave;
  return collide;
}

// Handle the button push as an interrupt
void buttonPush() {
  buttonPushed = true;
}

3.2. Header file: defs.h

// CONSTANTES E VARIÁVEIS INICIAIS

#define PIN_BUTTON 2
#define PIN_AUTOPLAY 1
#define PIN_READWRITE 10
#define PIN_CONTRAST 12
#define SPRITE_RUN1 1
#define SPRITE_RUN2 2
#define SPRITE_JUMP 3
#define SPRITE_JUMP_UPPER '.'         // Use o caractere '.' para a cabea
#define SPRITE_JUMP_LOWER 4
#define SPRITE_TERRAIN_EMPTY ' '     
#define SPRITE_TERRAIN_SOLID 5
#define SPRITE_TERRAIN_SOLID_RIGHT 6
#define SPRITE_TERRAIN_SOLID_LEFT 7
#define HERO_HORIZONTAL_POSITION 1    // Posição horizontal do jogador na tela
#define TERRAIN_WIDTH 16
#define TERRAIN_EMPTY 0
#define TERRAIN_LOWER_BLOCK 1
#define TERRAIN_UPPER_BLOCK 2
#define HERO_POSITION_OFF 0          // O jogador está invisível
#define HERO_POSITION_RUN_LOWER_1 1  // Jogador está correndo na linha de baixo (pose 1)
#define HERO_POSITION_RUN_LOWER_2 2  //                              (pose 2)
#define HERO_POSITION_JUMP_1 3       // Começando a pular
#define HERO_POSITION_JUMP_2 4       // Metado do caminha pra cima
#define HERO_POSITION_JUMP_3 5       // Pulo está na linha de cima
#define HERO_POSITION_JUMP_4 6       // Pulo está na linha de cima
#define HERO_POSITION_JUMP_5 7       // Pulo está na linha de cima
#define HERO_POSITION_JUMP_6 8       // Pulo está na linha de cima
#define HERO_POSITION_JUMP_7 9       // Metado do caminho pra baixo
#define HERO_POSITION_JUMP_8 10      // Quase aterrisando
#define HERO_POSITION_RUN_UPPER_1 11 // O jogador está correndo na linha de cima (pose 1)
#define HERO_POSITION_RUN_UPPER_2 12 //                              (pose 2)

static char terrainUpper[TERRAIN_WIDTH + 1];
static char terrainLower[TERRAIN_WIDTH + 1];
static bool buttonPushed = false;

void initializeGraphics(){
  static byte graphics[] = {
    // Run position 1
    B01100,
    B01100,
    B00000,
    B01110,
    B11100,
    B01100,
    B11010,
    B10011,
    // Run position 2
    B01100,
    B01100,
    B00000,
    B01100,
    B01100,
    B01100,
    B01100,
    B01110,
    // Jump
    B01100,
    B01100,
    B00000,
    B11110,
    B01101,
    B11111,
    B10000,
    B00000,
    // Jump lower
    B11110,
    B01101,
    B11111,
    B10000,
    B00000,
    B00000,
    B00000,
    B00000,
    // Ground
    B11111,
    B11111,
    B11111,
    B11111,
    B11111,
    B11111,
    B11111,
    B11111,
    // Ground right
    B00011,
    B00011,
    B00011,
    B00011,
    B00011,
    B00011,
    B00011,
    B00011,
    // Ground left
    B11000,
    B11000,
    B11000,
    B11000,
    B11000,
    B11000,
    B11000,
    B11000,
  };
  int i;
  // Skip using character 0, this allows lcd.print() to be used to
  // quickly draw multiple characters
  for (i = 0; i < 7; ++i) {
      lcd.createChar(i + 1, &graphics[i * 8]);
  }
  for (i = 0; i < TERRAIN_WIDTH; ++i) {
    terrainUpper[i] = SPRITE_TERRAIN_EMPTY;
    terrainLower[i] = SPRITE_TERRAIN_EMPTY;
  }
}

 4. Atenção: o arquivo defs.h deverá estar na mesma pasta onde está o sketch principal:

5. No IDE do Arduino, faça a verificação e o upload para o microcontrolador.

Atenção: Observe que deverá aparecer uma aba com o header file defs.h, como mostra a figura acima. Para visualizar ou alterar o código no IDE basta clicar sobre a aba defs.h.

Vídeo

Como o projeto deve funcionar

1. Ao executar o programa, aparecerá no display a mensagem "Press Start".

2. Clique no botão para iniciar o jogo.

3. O objetivo do jogo é clicar no botão de forma que o "man - jogador" pule os obstáculos. Isso ocorre quando você clica no botão no momento correto, fazendo com que o "man" pule e caminhe sobre os obstáculos.

4. Ganha o jogo quem caminhar a maior distância.

Créditos

Este projeto foi uma adaptação do projeto: De AnniBot

O anúncio abaixo ajuda a manter o Squids Arduino funcionando

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