В этом посте мне хотелось бы чуть подробнее рассказать о проекте электронных игральных костей, который ранее был упомянут в заметке о мультиплексировании светодиодов и кнопок . Игральные кости плохо видно в темноте и они постоянно укатываются со стола на пол. Мне показалось, что их электронная версия является довольно полезным устройством, лишенного названных недостатков, и я принялся за проектирование платы.
Код прошивки вы уже могли ранее видеть на GitHub, но я продублирую его здесь еще раз:
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <avr/pgmspace.h>
#include <util/delay.h>
char dice1 = 5 ;
char dice2 = 5 ;
char rand1 = 1 ;
char rand2 = 1 ;
#define BTN_PIN 4
char button_pressed = 0 ;
#define ANIMATION_LENGTH 6
char dice1_animation [ ANIMATION_LENGTH ] = { 5 , 4 , 1 , 3 , 2 , 6 } ;
char dice2_animation [ ANIMATION_LENGTH ] = { 3 , 6 , 4 , 1 , 5 , 2 } ;
char animation_playing = 0 ;
char animation_index = 0 ;
char animation_last_updated_index = 0 ;
short animation_time = 0 ;
void setup ( )
{
/* Do nothing */
}
void out_if ( char high , char low , char cond )
{
if ( ! cond )
return ;
DDRB = ( 1 << low ) | ( 1 << high ) ;
PORTB = ( 1 << high ) ;
_delay_ms ( 1 ) ;
}
void loop ( )
{
_delay_ms ( 1 ) ;
/* Random number generation */
rand1 ++;
if ( rand1 > 6 )
{
rand1 = 1 ;
rand2 ++;
if ( rand2 > 6 )
{
rand2 = 1 ;
}
}
if ( animation_playing )
{
animation_time ++;
if ( animation_time >= 25 )
{
if ( animation_index >= ANIMATION_LENGTH )
{
/* End playing animation, display random numbers */
animation_playing = 0 ;
dice1 = rand1 ;
dice2 = rand2 ;
}
else
{
/* Play the next animation frame */
animation_time = 0 ;
animation_index ++;
dice1 = dice1_animation [ animation_index ] ;
dice2 = dice2_animation [ animation_index ] ;
}
}
}
else /* ! animation_playing */
{
/* If button was pressed and then released, change
dice1 and dice2 */
if ( ( PINB & ( 1 << BTN_PIN ) ) == 0 )
button_pressed = 1 ;
else if ( button_pressed )
{
button_pressed = 0 ;
/* Play animation first */
animation_playing = 1 ;
animation_time = 0 ;
animation_index = 0 ;
dice1_animation [ animation_last_updated_index ] = dice1 ;
dice2_animation [ animation_last_updated_index ] = dice2 ;
animation_last_updated_index ++;
if ( animation_last_updated_index >= ANIMATION_LENGTH )
animation_last_updated_index = 0 ;
}
}
/* Display dice1 */
out_if ( 1 , 0 , dice1 != 1 ) ;
out_if ( 3 , 2 , dice1 == 4 || dice1 == 5 || dice1 == 6 ) ;
out_if ( 3 , 0 , dice1 & 1 ) ;
out_if ( 2 , 1 , dice1 == 6 ) ;
/* Display dice2 */
out_if ( 0 , 1 , dice2 != 1 ) ;
out_if ( 2 , 3 , dice2 == 4 || dice2 == 5 || dice2 == 6 ) ;
out_if ( 0 , 3 , dice2 & 1 ) ;
out_if ( 1 , 2 , dice2 == 6 ) ;
}
void main ( )
{
setup ( ) ;
while ( 1 )
{
loop ( ) ;
}
}
Программирование для AVR’ов на чистом C мы ранее не рассматривали, но тут все очень просто. Регистр DDRB определяет направление пинов (бит равен 1 — выход, 0 — вход), PORTB предназначен для вывода (бит равен 1 — высокое напряжение, 0 — низкое), а PINB — для ввода.
Например, код:
PORTB |= ( 1 << 3 ) ;
… переключает пин PB3 на выход и подает на него высокое напряжение. В микроконтроллерах с большим числом пинов могут быть аналогичные регистры с другими буквами на конце — DDRC, PORTD и так далее. Наконец, стоит отметить, что когда пин настроен на ввод, соответствующие ему биты регистра PORTx не становятся бесполезными. Вместо этого их роль меняется — они включают / выключают подтягивающие регистры на этом пине. Если подтягивающий резистор выключен, пин имеет Z-состояние.
Как вы можете видеть по коду, генерация случайных чисел реализована путем инкремента двух счетчиков в бесконечном цикле. Это гарантирует равномерное распределения случайных чисел без использования операций умножения и деления. Генерируемые числа зависят от момента нажатия пользователем на кнопку, поэтому получаются чуть ли не истинно случайными, и меняются от одного включения устройства к другому. Анимация, которая как бы изображает перекатывание костей, на самом деле просто очень быстро выводит предыдущие 6 чисел, выпавших на каждой из костей.
Окончательный вид устройства:
Кости сделаны разными цветами специально. В играх, где нужна только одна кость, игроки могут договориться использовать только красную или только синюю. Устройство можно спокойно поворачивать, и никто из игроков (которые к тому же обычно садятся вкруг) не запутается, где левая кость, а где правая.
Плата односторонняя, если не считать нескольких проводов, и изготовлена при помощи пленочного фоторезиста . Об этом методе изготовления печатных плат я непременно расскажу в одном из будущих постов. С тем же успехом вы можете использовать и ЛУТ .
Все исходники к данному посту, включающие в себя код прошивки и проект платы, вы найдете на GitHub . Желающие заказать готовую плату могут сделать это на OSH Park . Как всегда, буду рад вашим вопросам и дополнениям.
Дополнение: В заметке Паяем таймер и матрицу из УФ-светодиодов для быстрой засветки фоторезиста вы найдете пример кода, работающего с EEPROM. Если же вас интересует пример использования аппаратного UART, он приводится в посте Микроконтроллеры AVR: пример работы с часами реального времени DS1302 .
