Miniaturowy Tetris

jaromaz · Marzec 5, 2019

Miniaturowy Tetris z pięcioma przyciskami, głośniczkiem Piezo i ekranem Oled 128×64. To wszystko przy zaledwie sześciu dostępnych GPIO jednodolarowego Digisparka/ATtiny85. Moja wersja kodu dodaje kilka ulepszeń, które znacząco zmieniają odbiór całej gry (opisane niżej), a koszt budowy całego zestawu wynosi około 15 zł. ATtiny Tetris Gold Multi Button obsługuje narastający poziom trudności (przyspieszanie opadania wraz z usuwaniem kolejnych linii), informację o klocku pojawiającym się w kolejnej turze, podpowiedź o pozycji klocka w dolnej partii planszy, pełną pseudo-losowość doboru klocków, dźwięki i temat muzyczny z oryginalnej gry.

Poniżej mój filmik prezentujący ten układ w działaniu:

W filmie można zobaczyć krótkie urywki z rozgrywki, proces instalacji szkicu w urządzeniu oraz pełny, pięciominutowy gameplay.

Sprzęt

Jakiś czas temu zainteresowały mnie klasyczne gry retro dla ATtiny85, ale w repo Attiny-Arduino-Games wszystkie były zaledwie dwu-przyciskowe. Tetris wymagał nieco więcej logiki, ale i tak obsługiwało się go przez naciskanie lub przytrzymywanie jednego z tylko dwóch przycisków, co generowało błędy i nie było zbyt wygodne. Z czasem jednak pojawiła się w repo wersja Tetris Multi Button, w której rozwiązano ten problem wykorzystując odpowiednią kombinację rezystorów i przycisków, dzięki czemu podłączono trzy przyciski pod jeden pin mikrokontrolera. Nie posiadam czystego ATtiny85, ale miałem na stanie Digisparka z tym chipem i postanowiłem złożyć to urządzenie. To chyba pierwsze nagranie wideo takiego zestawu - w sieci brak w sieci brak filmów i opisów wykonania pełnej, pięcio-przyciskowej wersji.

Żeby się nie pogubić podczas montażu , korzystając z rozpiski pinów Digisparka i ATtiny85 przeniosłem dostarczony ze sketchem poniższy schemat:

na lekko chaotyczną wersję graficzną dla stykowej płytki prototypowej i Digisparka zasilanego baterią 9V:

a przy okazji też dla czystego ATtiny85 zasilanego baterią 3V:

Poszczególne przyciski odpowiadają za:

start nowej gry lub restart aktualnie rozgrywanej,
włączenie/wyłączenie układu,
obrót,
przyspieszenie opadania,
przesunięcie w lewo,
przesunięcie w prawo.

Przytrzymanie przycisku opadania i włączenie restartu gry aktywuje tryb ducha, a przytrzymanie przycisku opadania razem z przyciskiem obrotu podczas restartu ustawia trudny poziom gry, wypełniając dodatkowo błędnie klockami część planszy. Po aktywacji tych opcji grę należy uruchomić przyciskiem przyspieszonego opadania.

Wersja na czystym ATtiny85 potrzebuje tylko 3V, bo sketch jest pisany dla obniżonego do 8MHz taktowania zegara. Wersję dla Digisparka zasilam poprzez pin VIN 9V baterią i przy takim poborze wystarczy jej na baaardzo długo. Wymagane do działania 5V przenoszę dodatkowym, pustym goldpinem na lewą stronę płytki prototypowej za pomocą dziesięciocentymetrowego przewodu połączeniowego żeńsko-męskiego.

Po zlutowaniu powyższego układu w połączeniu z gołym ATtiny85 i po ubraniu go w miniaturowy brelok do kluczy, koszt (bez baterii) zamknąłby się poniżej 15 złotych. Na Aliexpress ATtiny85 kosztuje 0,80$, ekran Oled 128×64 1.80$, mały piezo buzzer 0,17$, a reszta części to już koszty groszowe. Tym sposobem otrzymujemy pełną grę sterowaną w identyczny sposób, jak w wielkich automatach Arcade lata temu, a do tego zasilaną malutką baterią 3V. Do zestawu zamiast białego ekranu można wybrać ekran niebieski lub żółto-niebieski, ale ponieważ ten ostatni jest dzielony na dwie różne części z odstępem, to nie prezentuje się zbyt atrakcyjnie (co widać na powyższym filmie) i polecam jednokolorowy odpowiednik. Potencjalny brelok mógłby wyglądać tak, jak na obrazku poniżej:

Kod

Zmiany w kodzie, których dokonałem, nie są duże, ale znaczące w odbiorze gry. Poniżej różnice między moją wersją, dostępną na GitHubie, a oryginałem gry dla ATtiny85:

Dodałem losowość doboru klocków – domyślnie ATtiny Tetris generuje tę samą sekwencję klocków w każdej nowej grze, bo użyta funkcja random korzysta w kółko z tej samej tablicy liczb losowych. Programiści nie aktywowali randomSeed, ponieważ wszystkie piny w układzie są już podłączone. Moja wersja przesuwa tablicę liczb pseudo-losowych po każdym rozpoczęciu gry inkrementując seed do EEPROMu i aktywując w ten sposób pełną pseudolosowość doboru klocków (powtarzają się tylko pierwsze dwa).
Grając w oryginalną wersję, do piątej linii miałem już ustalony optymalny schemat położenia klocków, przez co gra stawała się nudna. Teraz jest już poprawnie i mam świadomość, że wykorzystanie EEPROMu w randomSeedowaniu ograniczy liczbę rozgrywek do zaledwie 99000 (podana liczba uwzględnia już obecny w kodzie zapis najlepszych wyników również do EEPROMu).
Na starcie gry dodałem fragment tematu muzycznego z oryginalnej gry Tetris z 1986 roku – domyślnie brak jakiejkolwiek muzyki w grze. Po wybraniu trybu ducha temat muzyczny jest nieco dłuższy.
Dodałem dźwięk opadającego klocka (tylko podczas swobodnego spadania) oraz inny dźwięk dla klocka, który kończy opadanie. Domyślnie dźwięki w tej grze pojawiają się sporadycznie – tylko podczas usunięcia pełnej linii klocków oraz na zakończenie gry.
Naprawiłem część błędnie wyświetlanych fontów na ekranie startowym
Domyślnie wyłączyłem tryb ducha, który wyświetla podpowiedź o docelowej pozycji klocka. Tryb ducha można aktywować sposobem opisanym powyżej pod konfiguracją przycisków.

Ze swoimi zmianami musiałem się zmieścić w sześciu procentach wolnej pamięci. Obecnie pozostaje już tylko 1% wolnego

Projekcik jest dość interesujący i co najważniejsze, w pełni użyteczny, więc możliwe, że znajdą się osoby chcące zbudować taki układzik. Jako dodatek zamieszczam więc proces instalacji.

Instalacja

Kod zabiera blisko 100% pamięci ATtiny85, więc na Digisparku nie mieści się bootloader i nie można uploadować sketcha poprzez USB – należy więc skompilować hexa i wgrać go za pomocą programatora ISP. Jako programatora użyłem Arduino wg poniższego schematu:

Na Arduino trzeba wgrać dostępny w przykładach Arduino IDE sketch ArduinoISP. Aby poprawnie skompilować tę wersję dla Digisparka należy w Arduino IDE zastąpić dodatkowy adres URL dla menadżera płytek od Digistump JSONem dla czystego ATtiny85, a następnie wybrać płytkę ATtiny25/45/85, procesor ATtiny85, zegar Internal 8MHz. Następnie z menu szkic eksportować skompilowany program, który zostanie wtedy umieszczony w katalogu źródła sketcha. Na koniec zostaje już tylko wgranie hexa na Digisparka poprzez Arduino programem avrdude. Poniżej przykładowe polecenie kopiujące (z fusami) wykonane na macOS, ale w innych systemach wygląda podobnie:

/Applications/Arduino.app/Contents/Java/hardware/tools/avr/bin/avrdude -C/Applications/Arduino.app/Contents/Java/hardware/tools/avr/etc/avrdude.conf -v -pattiny85 -cstk500v1 -P/dev/cu.usbmodem14101 -b19200 -Uflash:w:/Users/username/Documents/ATtiny-Tetris-Gold/ATtiny-Tetris-Gold.ino.tiny8.hex -U lfuse:w:0xF1:m -U hfuse:w:0xD5:m -U efuse:w:0xFE:m

Jak przebiega taki proces można obejrzeć na końcu powyższego filmiku. Poniżej też zdjęcie "programatora" i układu obok siebie.

W filmie i na zdjęciach do włączania układu korzystam z przełącznika suwakowego SS22T25, ale lepiej sprawdził się przełącznik prosty ESP1010. Napięcia na przyciskach są istotne i podczas gry trzeba uważać aby nie dotykać rezystorów Ten problem wyeliminuje się po zlutowaniu układu. Najlepszy wynik gry jest również zapisywany w EEPROMie. Ponieważ głośniczek jest podłączony do pierwszego pinu Digisparka, to dodatkowo otrzymujemy LEDowe sygnały świetlne w momencie odtwarzania dźwięków. Po zakończeniu gry Tetris natychmiast przechodzi w tryb uśpienia z minimalnym poborem prądu, jednak do Digisparka dodałem przełącznik włączający/wyłączający zasilanie dla układu – wersja opierająca się wyłącznie na ATtiny85 nie wymaga wykonania tego kroku. Gra chodzi bardzo płynnie, co widać na powyższym filmie, gdy przytrzymuję przycisk przyspieszonego opadania dla kilku klocków pod rząd. Miniaturowy ATtiny Tetris Gold jest bardzo regrywalny (nie nudzi się) i to niesamowite, że udało się go upchnąć na tanim ATtiny85 przy zachowaniu tak dużej funkcjonalności. Serdecznie polecam montaż tego prostego układu.

Powiększenia układów i trochę więcej informacji można znaleźć na moim blogu: http://jm.iq.pl/tetris

Edytowano Marzec 5, 2019 przez jaromaz

Treker · Marzec 5, 2019

Właśnie zaakceptowałem Twój opis, możesz go teraz zgłosić do akcji rabatowej umieszczając link w temacie zbiorczym. Dziękuję za przedstawienie ciekawego projektu, zachęcam do prezentowania kolejnych DIY oraz aktywności na naszym forum

jaromaz · Marzec 10, 2019

Wreszcie dotarł czysty ATtiny85 i przeniosłem zestaw na wersję dla malutkiej płytki prototypowej (170 styków). Rozmieszenie jest dość nietypowe, ale dzięki takiemu upchnięciu większości połączeń w lewym górnym rogu możliwe było maksymalne zsunięcie ekranu w dół i nie wystaje on ponad płytkę, w wyniku czego jeszcze bardziej miniaturyzuje układ:

Dzięki temu rozmieszczeniu dodatkowo żadne izolowane przewody nie przeszkadzają głośnikowi piezo i może być on maksymalnie dociśnięty do płytki. Na schemacie ekran nieznacznie wystaje, ale w rzeczywistości jest mniejszy, co można zobaczyć na zdjęciach. Zestaw zasilam okrągłą 3V baterią CR2032 lub 3.7V lipo. Poniżej schemat dla płytki 170-stykowej: