如何使用Arduino和图形LCD创建体面的游戏

编程一直很有趣，使用Arduino等开发平台变得更好。几乎每个程序员都会尝试使用他们学习/练习的语言开发某种游戏。这有助于他们以有趣而富有成效的方式调整他们的编程技能。自从我接触到Arduino以来，我一直是它的忠实粉丝，并且一直想尝试一些很酷的东西，当我发现像诺基亚5110这样的图形LCD和Arduino可以变得多么酷时，我开发游戏的想法开始了。这是一种有趣的方式，可以调整一些编程技能，同时又能获得乐趣，所以尽管你们可能也对开发游戏感兴趣。因此，在本教程中，我们将学习如何使用 Arduino 和图形 LCD 创建体面的游戏。

游戏计划：

在我们开始之前，计划你的游戏的实际运作方式是非常重要的。我选择了诺基亚5110图形LCD和操纵杆作为我的硬件选择。我假设在本教程中您也选择了相同的内容。由于诺基亚5110没有太多空间，因此我们将整个游戏计划在显示器的84 * 48像素分辨率内。

在这个空间内，我们必须紧密地适应游戏区域和记分板区域，该区域将显示分数等内容。了解放置东西的像素位置非常重要，以跟踪像素位置并在屏幕上更新它们。

一旦确定了游戏屏幕外观，我们就必须决定游戏中的角色。对于我的游戏，我们只有两个，玩家角色是一艘宇宙飞船，一个是敌人角色，它应该看起来像一艘外星飞船。诺基亚LCD可以显示位图图像，所以我决定使用该选项来显示我的宇宙飞船和敌人。

因此，我们将有一艘宇宙飞船正在穿越外星人的宇宙飞船，这艘宇宙飞船将有三条车道可以改变，以避免与外星人撞击。在任何时候，外星人只能占据两条轨道，玩家应该能够开车穿过自由轨道。一旦这些想法结束，我们就可以继续硬件，然后进行编程。

电路图：

这款Arduino游戏的电路非常简单;我们只需要将诺基亚5110 LCD模块和操纵杆与Arduino连接即可。完整的电路图如下所示

诺基亚 5110 LCD 与 3.3V 配合使用，操纵杆模块使用 5V 工作，因此请确保仅使用 3.3V 连接 LCD，因为 5V 可能会永久损坏它。LCD通过SPI协议与Arduino通信，操纵杆仅读取ADC以读取电压变化。连接设置如下所示

先决条件：

在我们深入研究编程部分之前，重要的是你们使用显示模块和操纵杆很方便，因此您可以使用以下教程来了解有关它们的更多信息，然后回到这里以确保事情按照我们需要的方式工作！

为太空竞赛游戏编程Arduino：

游戏的完整程序可以在本页末尾找到;您可以直接在Arduino IDE上使用它并将其上传到Board。但是，如果您想知道代码中实际发生了什么，请进一步阅读。

与往常一样，我们从添加库头文件开始程序，我们需要为这个项目提供三个库，默认情况下，SPI 库会添加到您的 IDE 中。另外两个库必须从Adafruit Github页面下载。如果您不确定如何添加库，请按照先决条件部分中提到的 LCD 接口教程进行操作。

#include //SPI librarey for Communication

#include //Graphics lib for LCD

#include //Nokia 5110 LCD library

如果您遵循了本教程，您应该知道可以在LCD中显示位图图像。因此，我们必须使用教程中提到的软件将所需的图像转换为位图代码，您可以从Internet中选择任何图像并通过将它们转换为位图代码来使用它。确保图像足够简单，可以显示在我们的LCD屏幕上，在实际尝试LCD屏幕之前检查预览。在我们的程序中，我们使用了两个位图字符，一个是宇宙飞船，另一个是敌方飞船，两者的位图代码都添加到我们的代码中，如下所示。

//Bitmap Data for SpaceShip

static const unsigned char PROGMEM ship[] =

{

B00000000,B00000000,

B00000001,B00000000,

B00000011,B10000000,

B00000010,B10000000,

B00000010,B11000000,

B00000111,B11000000,

B00001101,B11100000,

B00011111,B11110000,

B00111111,B11111000,

B01111111,B11111100,

B01111111,B11111100,

B01111111,B11111100,

B00011111,B11110000,

B00000111,B11100000,

B00000000,B00000000,

};

//Bitmap Data for enemyship

static const unsigned char PROGMEM enemy[] =

{

B00000101,B11000000,

B00001011,B11100000,

B00000011,B11100000,

B00110011,B11111000,

B01111111,B11111100,

B10111111,B11111010,

B01110111,B11011100,

B01111110,B11111100,

B00111111,B11111100,

B11101111,B11101110,

B11000001,B00000110,

B10000001,B00000010,

B10000000,B00000010,

B00000000,B00000000,

};

我们必须指定诺基亚LCD 5110显示器连接到的引脚。显示器使用SPI通信进行通信，如果您遵循了上面的电路图，则初始化LCD的代码将如下所示，您无需更改它。

Adafruit_PCD8544 display = Adafruit_PCD8544(7, 6, 5, 4, 3); //Specifiy the pins to which the LCD is connected

在设置功能中，我们只需以9600波特率启动串行监视器，以便我们可以调试内容，然后初始化LCD显示。我们还必须设置LCD显示器的对比度，每个显示器在不同的对比度水平下效果最好，因此请使用该值来检查哪个最适合您。最后，我们还清除显示屏以重新开始。

void setup()   {

Serial.begin(9600); //Serial Monitor for Debugging

display.begin(); //Begin the LCD communication

display.setContrast(30); //Set the contrast of the display

display.clearDisplay();   // clears the screen and start new

}

清除屏幕后，我们立即跳入循环功能，然后显示游戏屏幕。游戏屏幕只不过是显示游戏的基本骨架以及分数和速度级别。我们使用线条功能绘制三条线作为边框，并在右侧显示文本分数和速度，就像旧的复古手持游戏设备一样。

void gamescreen()

{

//Draw the Border for Screen

display.drawLine(0, 0, 0, 47, BLACK);

display.drawLine(50, 0, 50, 47, BLACK);

display.drawLine(0, 47, 50, 47, BLACK);

//Enter Default Texts

display.setTextSize(1);

display.setTextColor(BLACK);

display.setCursor(52,2);

display.println("Speed");

display.setCursor(54,12);

display.println(game_speed);

display.setCursor(52,25);

display.println("Score");

display.setCursor(54,35);

display.println(score);

}

接下来，我们必须从用户那里获得输入，以允许他/她控制宇宙飞船。输入将从连接到引脚 A1 的操纵杆模块接收。如果不移动，传感器的模拟值将为 512，沿 X 轴移动时将增加和减少。我们使用这些值来确定用户是要向左还是向右移动。如果您发现难以理解以下程序，您应该阅读先决条件中提到的与 Arduino 接口的操纵杆接口教程。

//Get input from user 

Joy_X = analogRead(A1); //Read the X vaue from Joystick

if (Joy_X < 312 && POS!=1 && control==true) //If joy stick moves right

{ POS--; control = false;} //Decrement position of spaceship

else if (Joy_X > 712 && POS!=3 && control==true) //If joy stick moves right

{ POS++; control = false;} //Increment position of spaceship

else if (Joy_X >502 && Joy_X<522) //If joystick back to initial position

control = true; //Preare it for next move

//Input from user received

从用户那里获得宇宙飞船的位置后，我们必须将宇宙飞船放置在该特定位置。我们使用以下函数并将位置值作为参数传递，然后根据位置将宇宙飞船放置在其各自的轨道上。

void player_car(char pos) //Place the spaceship based on the user selected position

{

if (pos==1)

display.drawBitmap(2, 32, ship, 15, 15, BLACK);

if (pos==2)

display.drawBitmap(18, 32, ship, 15, 15, BLACK);

if (pos==3)

display.drawBitmap(34, 32, ship, 15, 15, BLACK);

}

现在我们的飞船已经放在屏幕上并准备好参加比赛，我们必须介绍将与玩家一起竞争的敌舰。每当一艘敌舰越过屏幕时，我们都会假设他已经死了，当他死了时，我们必须制造一艘新的宇宙飞船。下面的函数也做同样的事情。它为两艘敌舰创建一个新位置，并将它们放置在屏幕顶部。

if (enemy_dead) //Check of enemy ships are dead

{ //If they are dead

enemy_0_pos = POS; //create first enemy above the space ship

enemy_1_pos = random(0,4); //create secound enemy at some other random place

enemy_phase = 0; //Bring the enemy form the top

enemy_dead = false; //Enemy is created so they are not dead anymore

}

将敌舰放在屏幕顶部后，我们必须将其放下，使其像我们的玩家正在向上奔跑一样长矛，为此，我们只需要增加相位（显示图像的位置），以便它慢慢下降。对两艘敌舰都做了同样的事情，如下所示

enemy_ship (enemy_0_pos,enemy_phase); enemy_phase++; //Place the first enemy on screen and drive him down

enemy_ship (enemy_1_pos,enemy_phase); enemy_phase++; //Place the secound enemy on screen and drive him down

函数enemy_ship如下所示，它与播放器汽车函数非常相似，但这里我们有两个参数。一种是将敌人放在轨道上，另一种是将敌人移动到底部。

void enemy_ship(int place, int phase) //Place the enemy_ship in the new place and phase

{

if (place==1)

display.drawBitmap(2, phase, enemy, 15, 15, BLACK);

if (place==2)

display.drawBitmap(18, phase, enemy, 15, 15, BLACK);

if (place==3)

display.drawBitmap(34, phase, enemy, 15, 15, BLACK);

}

下一段代码应该检查宇宙飞船是否避开了敌舰。要检查这一点，我们需要知道敌舰和玩家的宇宙飞船的位置。既然我们知道了这一切，我们只需要检查宇宙飞船的位置是否与敌舰相同。只有当敌舰到达宇宙飞船附近时，我们才会检查这一点。如果玩家没有避开敌人，则意味着游戏结束。

if (enemy_phase>22 && ((enemy_0_pos == POS) || (enemy_1_pos == POS)) ) //If the Spaceship touches any one of the enemy

game_over(); //Display game over

如果玩家成功避开了敌人，那么我们应该杀死敌人并给玩家一分。为此，我们只需检查敌人是否已到达屏幕底部，如果是，我们将使用以下代码将其杀死

if (enemy_phase>40) //If thespace ship escapes the enemies

{enemy_dead = true; score++;} //Increase the score and kill the enemies

如果我们在获得高分时不增加游戏的难度，那将是多么有趣。因此，我们使用另一个功能来监控玩家的分数，并根据分数提高游戏速度。速度实际上是通过使用延迟功能来控制的，这将控制游戏的刷新间隔，从而使它变得快或慢。

void   Level_Controller() //Increase the speed of game based on the score.

{

if (score>=0 && score<=10) //If score 0-10

{

game_speed = 0; delay(80); //slow the game by 80ms

}

if (score>10 && score<=20) //If score 10-40

{

game_speed = 1; delay(70); //slow the game by 70ms

}

if (score>20 && score<=30) //If score 20-40

{

game_speed = 2; delay(60); //slow the game by 60ms

}

if (score>30 && score<=40) //If score 30-40

{

game_speed = 3; delay(50); //slow the game by 50ms

}

}

Arduino太空赛车游戏工作：

在确保了解硬件和程序后，只需构建电路并将代码上传到Arduino板即可。您应该注意到游戏开始，如下所示

使用操纵杆通过向左或向右移动来逃离敌舰。为了避开每个敌人，你的分数会增加一个。当分数变高时，游戏的速度也会增加，也就是说，每获得 10 分，速度就会增加 10 毫秒。您可以继续在此游戏的基础上引入新的关卡，或者每个人都使用加速度计进行一些硬件更改以通过运动来控制它。

/* SPACE RACE Game using Arduino and Nokia 5110 LCD 

* Coded by: Aswinth Raj 

* Input -> Joystick (A0,A1) 

*/ 


#include //SPI librarey for Communication 

#include //Graphics lib for LCD 

#include //Nokia 5110 LCD librarey 

//Bitmap Data for SpaceShip 

static const unsigned char PROGMEM ship[] = 

{ 

B00000000,B00000000, 

B00000001,B00000000, 

B00000011,B10000000, 

B00000010,B10000000, 

B00000010,B11000000, 

B00000111,B11000000, 

B00001101,B11100000, 

B00011111,B11110000, 

B00111111,B11111000, 

B01111111,B11111100, 

B01111111,B11111100, 

B01111111,B11111100, 

B00011111,B11110000, 

B00000111,B11100000, 

B00000000,B00000000, 

}; 


//Bitmap Data for enemyship 

static const unsigned char PROGMEM enemy[] = 

{ 

B00000101,B11000000, 

B00001011,B11100000, 

B00000011,B11100000, 

B00110011,B11111000, 

B01111111,B11111100, 

B10111111,B11111010, 

B01110111,B11011100, 

B01111110,B11111100, 

B00111111,B11111100, 

B11101111,B11101110, 

B11000001,B00000110, 

B10000001,B00000010, 

B10000000,B00000010, 

B00000000,B00000000, 

}; 


Adafruit_PCD8544 display = Adafruit_PCD8544(7, 6, 5, 4, 3); //Specifiy the pins to which the LCD is connected 


int enemy_0_pos, enemy_1_pos, enemy_phase; 

int Joy_X; 

int game_speed = 0; 

int score = 0; 

char POS=2; 

boolean enemy_dead = true; 

boolean control = true; 


void setup()   { 

 Serial.begin(9600); //Serial Monitor for Debugging 


 display.begin(); //Begin the LCD communication 

 display.setContrast(30); //Set the contrast of the display 

 display.clearDisplay();   // clears the screen and start new 

} 


void loop() { 

 display.clearDisplay();   // clears the screen and start new 


 gamescreen(); //Displays the box, score and speed values 


 //Get input from user   

 Joy_X = analogRead(A1); //Read the X vaue from Joystick 

 if (Joy_X < 312 && POS!=1 && control==true) //If joy stick moves right 

 { POS--; control = false;} //Decrement position of spaceship 

 else if (Joy_X > 712 && POS!=3 && control==true) //If joy stick moves right 

 { POS++; control = false;} //Increment position of spaceship 

 else if (Joy_X >502 && Joy_X<522) //If joystick back to initial position 

 control = true; //Preare it for next move 

 //Input from user received 

  


 player_car(POS); //Place the Space ship based on the input from user 


 if (enemy_dead) //Check of enemy ships are dead 

 { //If they are dead  

 enemy_0_pos = POS; //create first enemy above the space ship 

 enemy_1_pos = random(0,4); //create secound enemy at some other random place 

 enemy_phase = 0; //Bring the enemy form the top 

 enemy_dead = false; //Enemy is created so they are not dead anymore 

 } 


 enemy_ship (enemy_0_pos,enemy_phase); enemy_phase++; //Place the first enemy on screen and drive him down  

 enemy_ship (enemy_1_pos,enemy_phase); enemy_phase++; //Place the secound enemy on screen and drive him down  


 if (enemy_phase>22 && ((enemy_0_pos == POS) || (enemy_1_pos == POS)) ) //If the Spaceship touches any one of the enemy  

 game_over(); //Display game over 

  

 if (enemy_phase>40) //If thespace ship escapes the enemys  

 {enemy_dead = true; score++;} //Increase the score and kill the enemys  


 Level_Controller(); //BAsed on score increase the speed of game 


  

 display.display();  //Update the display with all the changes made so far 

} 


void   Level_Controller() //Increase the speed of game based on the score.  

{  

 if (score>=0 && score<=10) //If score 0-10  

 { 

   game_speed = 0; delay(80); //slow the game by 80ms 

 } 

   if (score>10 && score<=20) //If score 10-40  

 { 

   game_speed = 1; delay(70); //slow the game by 70ms 

 } 

   if (score>20 && score<=30) //If score 20-40  

 { 

   game_speed = 2; delay(60); //slow the game by 60ms 

 } 

   if (score>30 && score<=40) //If score 30-40  

 { 

   game_speed = 3; delay(50); //slow the game by 50ms 

 } 

} 


void enemy_ship(int place, int phase) //Place the enemy_ship in the new place and phase 

{ 

 if (place==1) 

 display.drawBitmap(2, phase, enemy, 15, 15, BLACK); 


 if (place==2) 

 display.drawBitmap(18, phase, enemy, 15, 15, BLACK); 


 if (place==3) 

 display.drawBitmap(34, phase, enemy, 15, 15, BLACK); 

} 


void game_over() //Display game over screen 

{ 

 while(1) //The program will be stuck here for ever  

 { 

   delay(100); 

 display.clearDisplay();   

 display.setCursor(20,2); 

 display.println("GAME OVER"); 

  

 display.display();   

 } 

} 


void gamescreen() 

{ 

//Draw the Border for Screen 

 display.drawLine(0, 0, 0, 47, BLACK); 

 display.drawLine(50, 0, 50, 47, BLACK); 

 display.drawLine(0, 47, 50, 47, BLACK); 


//Enter Default Texts 

 display.setTextSize(1); 

 display.setTextColor(BLACK); 

 display.setCursor(52,2); 

 display.println("Speed"); 

 display.setCursor(54,12); 

 display.println(game_speed); 

 display.setCursor(52,25); 

 display.println("Score"); 

 display.setCursor(54,35); 

 display.println(score); 

} 


void player_car(char pos) //Place the spaceship based on the user selected position 

{ 

 if (pos==1) 

 display.drawBitmap(2, 32, ship, 15, 15, BLACK); 


 if (pos==2) 

 display.drawBitmap(18, 32, ship, 15, 15, BLACK); 


 if (pos==3) 

 display.drawBitmap(34, 32, ship, 15, 15, BLACK); 

}