Классическая игра Asteroids на Arduino Mega и матрице MAX72XX (LED 8×8)

Необходимые компоненты

• Arduino Mega 2560 — 1 шт.
• Модуль/шилд драйвера MAX7219 (MAXREFDES99# или любой 8×8 матрица на MAX7219) — 1 шт.
• Тактильные кнопки 12 мм — 2 шт. (влево/вправо)
• Пьезо-зуммер (активный) — 1 шт.
• Breadboard и перемычки

О проекте

Простая аркадная игра «Астероиды» на одной матрице 8×8. Игрок — космический корабль (один светодиод в нижнем ряду), управляется двумя кнопками. Астероиды (два светодиода вертикально) падают сверху в случайных колонках. Со временем игра ускоряется. При столкновении — взрыв (анимация) и показ счёта (сколько тактов выжили). Нажатие любой кнопки после Game Over — рестарт.

Схема подключения

• MAX7219: DIN → D12, CLK → D11, CS/LOAD → D10, VCC/GND → 5V/GND.
• Кнопка «Влево»: D2 (INPUT_PULLUP), прерывание FALLING.
• Кнопка «Вправо»: D3 (INPUT_PULLUP), прерывание FALLING.
• Зуммер: D9 (PWM), GND.

Алгоритм и код (ключевые моменты)

• Экран — массив int columns[8]: каждый элемент хранит строку (1..8) астероида в этой колонке (0 — пусто).
• Главный цикл по таймеру tick (начинается 300 мс, каждые 4 такта уменьшается на 2%: tick /= 1.02).
• Каждый такт: с вероятностью 1/8 в случайной колонке появляется астероид (если колонка свободна). Все астероиды сдвигаются вниз (columns[i]++). Ушедшие за экран (>10) удаляются.
• Корабль: позиция ship (0..7). Прерывания кнопок меняют её с обратной связью (циклически). Антидребезг 150 мс.
• Отрисовка: lc.setLed(0, 7, ship, true) — корабль; астероиды — два светодида подряд (columns[i]-2 и -3).
• Столкновение: если астероид в колонке корабля достиг строк 9 или 10 (корабль в строке 7, астероид 2 пикселя высотой).
• Взрыв: быстрая анимация расширяющегося креста + звук зуммера (случайная частота).
• Счёт: количество тактов. Вывод на матрице: две цифры (0..99), если >99 — последние две цифры + точки вверху для сотен.
• Цифры 0..9 рисуются функциями draw0..draw9 через lc.setColumn (битмапы 3 колонки).

Полный скетч

/*********************************************************
 * Asteroids на MAX72XX LED Matrix
 * (c) 2018 Joshua Weßner
 *********************************************************/
#include "LedControl.h" // библиотека Eberhard Fahle

// Пины MAX7219
LedControl lc = LedControl(12, 11, 10, 1);

// Глобальные переменные
unsigned long delaytime = 1000;
int score = 0, tick = 300, tickCounter = 1;
unsigned long now = 0, buttonPressed = 0;
const int buttonDelay = 150;
volatile bool gameOver = false;
int ship = 3; // начальная колонка
int columns[8] = {0}; // состояние астероидов
int randomInt;

void setup() {
  gameOver = false; score = 0; tick = 300; tickCounter = 1; ship = 3; now = millis(); buttonPressed = millis();
  for (int i=0;i<8;i++) columns[i]=0;
  randomSeed(analogRead(15));

  lc.shutdown(0,false);
  lc.setIntensity(0,1); // яркость 0..15
  lc.clearDisplay(0);

  pinMode(2, INPUT_PULLUP); // Left
  pinMode(3, INPUT_PULLUP); // Right
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), left, FALLING);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3), right, FALLING);
}

// Прерывания кнопок
void left() {
  if (millis() - buttonPressed > buttonDelay) {
    ship = (ship == 0) ? 7 : ship - 1;
    lc.clearDisplay(0);
    buttonPressed = millis();
  }
  if (gameOver) { gameOver = false; setup(); }
}
void right() {
  if (millis() - buttonPressed > buttonDelay) {
    ship = (ship == 7) ? 0 : ship + 1;
    lc.clearDisplay(0);
    buttonPressed = millis();
  }
  if (gameOver) { gameOver = false; setup(); }
}

void loop() {
  if (millis() - now > tick) {
    now = millis();
    score++;

    if (tickCounter == 1) { // каждые 4 такта
      tick = tick / 1.02; // ускорение
      randomInt = random(0,8);
      if (columns[randomInt] == 0) columns[randomInt] = 1; // новый астероид
    }
    tickCounter = (tickCounter == 4) ? 1 : tickCounter + 1;

    // Падение астероидов
    for (int i=0;i<8;i++) {
      if (columns[i] == 10) columns[i] = 0;
      if (columns[i] != 0) columns[i]++;
    }
    lc.clearDisplay(0);
  }

  // Отрисовка
  lc.setLed(0, 7, ship, true); // корабль
  for (int i=0;i<8;i++) {
    if (columns[i] > 0) {
      lc.setLed(0, columns[i]-2, i, true);
      lc.setLed(0, columns[i]-3, i, true);
    }
  }

  // Проверка столкновения
  if (columns[ship] == 9 || columns[ship] == 10) {
    lc.clearDisplay(0);
    // Анимация взрыва
    for (int i=0;i<4;i++) {
      lc.setLed(0,7,ship+i,true);
      lc.setLed(0,7,ship-i,true);
      lc.setLed(0,7-i,ship+i,true);
      lc.setLed(0,7-i,ship-i,true);
      lc.setLed(0,7-1.5*i,ship,true);
      // Звук
      unsigned long t = millis();
      int rndSnd = 1000;
      while (millis() - t <= 250) {
        rndSnd--;
        tone(9, random(rndSnd, 1000));
      }
      lc.clearDisplay(0);
      noTone(9);
    }
    delay(500);

    // Показ счёта
    String s = String(score);
    char d0 = s.length()>=3 ? s[0] : '0';
    char d1 = s.length()>=2 ? s[s.length()-2] : (s.length()==1 ? '0' : s[0]);
    char d2 = s.length()>=1 ? s[s.length()-1] : '0';
    // Для простоты: выводим последние две цифры
    int pos = 1;
    auto drawDigit = [&](char c, int p) {
      switch(c) {
        case '0': draw0(p); break;
        case '1': draw1(p); break;
        case '2': draw2(p); break;
        case '3': draw3(p); break;
        case '4': draw4(p); break;
        case '5': draw5(p); break;
        case '6': draw6(p); break;
        case '7': draw7(p); break;
        case '8': draw8(p); break;
        case '9': draw9(p); break;
      }
    };
    if (score < 100) {
      drawDigit(d1, 1); drawDigit(d2, 5);
    } else {
      drawDigit(d1, 1); drawDigit(d2, 5);
      // Сотни — точки вверху
      int hundreds = d0 - '0';
      for (int i=1;i<=hundreds;i++) {
        lc.setLed(0,0,i-1,true);
        lc.setLed(0,1,i-1,true);
        delay(200);
      }
    }
    gameOver = true;
    while (gameOver) { /* ждём нажатия кнопки в прерывании */ }
  }
}

// Функции рисования цифр (3 колонки каждая)
void draw1(int p) { lc.setColumn(0,p,B00001000); lc.setColumn(0,p+1,B00011111); }
void draw2(int p) { lc.setColumn(0,p,B00010111); lc.setColumn(0,p+1,B00010101); lc.setColumn(0,p+2,B00011101); }
void draw3(int p) { lc.setColumn(0,p,B00010001); lc.setColumn(0,p+1,B00010101); lc.setColumn(0,p+2,B00011111); }
void draw4(int p) { lc.setColumn(0,p,B00011100); lc.setColumn(0,p+1,B00000100); lc.setColumn(0,p+2,B00011111); }
void draw5(int p) { lc.setColumn(0,p,B00011101); lc.setColumn(0,p+1,B00010101); lc.setColumn(0,p+2,B00010111); }
void draw6(int p) { lc.setColumn(0,p,B00011111); lc.setColumn(0,p+1,B00010101); lc.setColumn(0,p+2,B00010111); }
void draw7(int p) { lc.setColumn(0,p,B00010000); lc.setColumn(0,p+1,B00010011); lc.setColumn(0,p+2,B00011100); }
void draw8(int p) { lc.setColumn(0,p,B00011111); lc.setColumn(0,p+1,B00010101); lc.setColumn(0,p+2,B00011111); }
void draw9(int p) { lc.setColumn(0,p,B00011101); lc.setColumn(0,p+1,B00010101); lc.setColumn(0,p+2,B00011111); }
void draw0(int p) { lc.setColumn(0,p,B00011111); lc.setColumn(0,p+1,B00010001); lc.setColumn(0,p+2,B00011111); }

Библиотека

Требуется LedControl (Eberhard Fahle): GitHub — установите через Library Manager.

Идеи для развития

• Добавить несколько матриц каскадом (параметр 4-й в конструкторе LedControl) для шире экрана.
• Реализовать выстрел (третья кнопка) и разрушение астероидов.
• Звуковые эффекты: запуск, попадание, уровень.
• Сохранение рекорда в EEPROM.