LED-Matrix - Joystick-Spiel – Projekte für Arduino und ESP32-Mikrocontroller

Auf einer LED-Matrix wird eine wählbare Anzahl von leuchtenden LEDs zufällig auf der LED-Matrix verteilt.
Ein Joystick bewegt eine leuchtende LED über das „Spielfeld“, und „löscht“ alle LEDs, die sich auf der jeweiligen Position befinden.

So sieht es aus (um den Film kurz zu halten, wurden nur fünf LEDs für den Parcours verwendet):

Der Joystick besteht aus zwei Potentiometern, jeweils einer für die X-Achse und einer für die Y-Achse. Beide lesen bei den Bewegungen die Spannung und liefern dem Arduino jeweils einen analogen Wert, der zwischen 0 und 1023 liegt.Der Joystick besteht aus zwei Potentiometern, jeweils einer für die X-Achse und einer für die Y-Achse. Beide lesen bei den Bewegungen die Spannung und liefern dem Arduino jeweils einen analogen Wert, der zwischen 0 und 1023 liegt.

Die Werte können je nach Joystick leicht nach oben oder unten abweichen.
Die Beschriftung und die Reihenfolge der Pins können sich je nach Joystick unterscheiden.

Achse	Bezeichnung	Anschluss
X-Achse	VRx/VER	A0
Y-Achse	VRy/HOR	A1
Button	SW/SEL	7

Die einzelnen LEDs der LED-Matrix werden in Reihen und Spalten angesprochen.
Die Schreibweise für jede Reihe kann binär angegeben werden: 0 = aus, 1 = an. Den Werten wird ein „B“ vorangestellt.
Die LED-Matrix wurde in das Steckbrett eingesetzt, daher verlaufen die Reihen vertikal und die Spalten horizontal.

Beispiel:

void PfeilUnten()
{
  // Array für die 8 Reihen 
  byte Zeichen[8] = 
  {
    0b00010000,  // 1. Reihe
    0b00110000,  // 2. Reihe
    0b01111111,  // 3. Reihe
    0b11111111,  // 4. Reihe
    0b01111111,  // 5. Reihe
    0b00110000,  // 6. Reihe
    0b00010000,  // 7. Reihe
    0b00000000   // 8. Reihe
  };

  // Matrix anzeigen
  for (int i = 0; i < 8; i++)   
  { 
    LEDMatrix.setRow(0, i, Zeichen[i]);   
  }
}

void PfeilUnten()

{

// Array für die 8 Reihen

byte Zeichen[8] =

{

0b00010000, // 1. Reihe

0b00110000, // 2. Reihe

0b01111111, // 3. Reihe

0b11111111, // 4. Reihe

0b01111111, // 5. Reihe

0b00110000, // 6. Reihe

0b00010000, // 7. Reihe

0b00000000 // 8. Reihe

};

// Matrix anzeigen

for (int i = 0; i < 8; i++)

{

LEDMatrix.setRow(0, i, Zeichen[i]);

}

⇒Array

Schließe die LED-Matrix an.

Pinbelegung LED-Matrix

Benötigte Bauteile:

LED-Matrix
Joystick
Leitungsdrähte

Baue die Schaltung auf.
(Fahre mit der Maus über das Bild, um die Bezeichnungen der Bauteile zu sehen)

Als Erstes musst du Bibliotheken installieren:

oder: Sketch -> Bibliothek einbinden -> Bibliotheken verwalten

Funktionen der Bibliothek LEDControl

Schlüsselwort	Aktion
LedControl Name_der_Matrix(Data-In, CLK, CS, AnzahlMatrix)	LED-Matrix initialisieren: LedControl LEDMatrix = LedControl(12, 11, 10, 1);
shutDown(NummerMatrix, true/false)	Matrix aufwecken: shutDown(0, false);
setIntensity(NummerMatrix, Helligkeit)	Helligkeit setzen (0-20) setIntensity(0, 8);
clearDisplay(NummerMatrix)	clearDisplay(0);
setLed(NummerMatrix, Zeile, Spalte, true/false);	einzelne LED schalten setLed(0, 0, 0, true);
setRow(NummerMatrix, Zeile, Byte)	zeilenweise ein Byte schreiben: setRow(0, Zeile, B10000000); setRow kann Werte zwischen 0 und 7 haben Wenn die LED-Matrix in das Steckbrett gesetzt wird, verlaufen die Reihen vertikal.
setColumn(NummerMatrix, Spalte, Byte)	spaltenweise ein Byte schreiben: setColumn(0, Spalte, B10000000); setColumn kann Werte zwischen 0 und 7 haben Wenn die LED-Matrix in das Steckbrett gesetzt wird, verlaufen die Spalten horizontal.

Im Kopf des Programms musst du die benötigte Bibliotheken einbinden und die Pinbelegung der LED-Matrix festlegen.

#include "LedControl.h"
#include "Bounce2.h"

// Joystick-Button zuordnen
Bounce ZeitStoppen = Bounce();

// Joystick analoge Pins
int XAchse = A0;
int YAchse = A1;

// Joystick Knopf
int JoystickButton = 7;

// Variablen für die Auswertung der Bewegung des Joysticks
int PositionX;
int PositionY;

// Startposition der LED
int Reihe = 4;
int Spalte = 4;

// Anzahl zufälliger LEDs
int AnzahlLED = 5;

// Variablen der Zeit
float StartZeit;
float VerstricheneZeit;
float Sekunden;

// Variable für den Neustart
bool Start = false;

/*
   VCC -> 5V
   GND
   Pin 11 -> DIN (COPI)
   Pin 13 -> CLK-pin
   Pin 10 -> CS-pin
*/
// Pins Arduino DIN, CLK, CS, Anzahl Displays 
LedControl LEDMatrix = LedControl(11, 13, 10, 1);

#include "LedControl.h"

#include "Bounce2.h"

// Joystick-Button zuordnen

Bounce ZeitStoppen = Bounce();

// Joystick analoge Pins

int XAchse = A0;

int YAchse = A1;

// Joystick Knopf

int JoystickButton = 7;

// Variablen für die Auswertung der Bewegung des Joysticks

int PositionX;

int PositionY;

// Startposition der LED

int Reihe = 4;

int Spalte = 4;

// Anzahl zufälliger LEDs

int AnzahlLED = 5;

// Variablen der Zeit

float StartZeit;

float VerstricheneZeit;

float Sekunden;

// Variable für den Neustart

bool Start = false;

VCC -> 5V

GND

Pin 11 -> DIN (COPI)

Pin 13 -> CLK-pin

Pin 10 -> CS-pin

// Pins Arduino DIN, CLK, CS, Anzahl Displays

LedControl LEDMatrix = LedControl(11, 13, 10, 1);

Im setup-Teil wird die LED-Matrix gestartet und der pinMode des Taster und des Lautsprechers festgelegt.

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  ZeitStoppen.attach(JoystickButton);

  // Zufallsgenerator starten
  randomSeed(analogRead(5));

  // Matrix "aufwecken"
  LEDMatrix.shutdown(0, false);

  //  mittlere Helligkeit setzen
  LEDMatrix.setIntensity(0, 2);
  PfeilUnten();
  pinMode(JoystickButton, INPUT_PULLUP);

  // Start-LED setzen
  LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, true);

  // Zeit starten
  StartZeit = millis();
}

void setup()

{

Serial.begin(9600);

ZeitStoppen.attach(JoystickButton);

// Zufallsgenerator starten

randomSeed(analogRead(5));

// Matrix "aufwecken"

LEDMatrix.shutdown(0, false);

// mittlere Helligkeit setzen

LEDMatrix.setIntensity(0, 2);

PfeilUnten();

pinMode(JoystickButton, INPUT_PULLUP);

// Start-LED setzen

LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, true);

// Zeit starten

StartZeit = millis();

}

Erstelle Funktionen für den „Bau“ des Parcours und für die Darstellung des Pfeils:

void ParcoursBauen()
{
  LEDMatrix.clearDisplay(0);
  int Minimum = 0;
  int Maximum = 7;

  for (int i = 0; i < AnzahlLED; i++)
  {
    int Spalte =  random(Minimum, Maximum);
    int Zeile =  random(Minimum, Maximum);
    LEDMatrix.setLed(0, Spalte, Zeile, true);
  }
}

void PfeilUnten()
{
  byte Zeichen[8] = 
  {
     0b00010000, // 1. Reihe
     0b00110000, // 2. Reihe
     0b01111111, // 3. Reihe
     0b11111111, // 4. Reihe
     0b01111111, // 5. Reihe
     0b00110000, // 6. Reihe
     0b00010000, // 7. Reihe
     0b00000000  // 8. Reihe
  };

  // Matrix anzeigen
  for (int i = 0; i < 8; i++)   
  { 
    LEDMatrix.setRow(0, i, Zeichen[i]);   
  }
}

void ParcoursBauen()

{

LEDMatrix.clearDisplay(0);

int Minimum = 0;

int Maximum = 7;

for (int i = 0; i < AnzahlLED; i++)

{

int Spalte = random(Minimum, Maximum);

int Zeile = random(Minimum, Maximum);

LEDMatrix.setLed(0, Spalte, Zeile, true);

}

void PfeilUnten()

{

byte Zeichen[8] =

{

0b00010000, // 1. Reihe

0b00110000, // 2. Reihe

0b01111111, // 3. Reihe

0b11111111, // 4. Reihe

0b01111111, // 5. Reihe

0b00110000, // 6. Reihe

0b00010000, // 7. Reihe

0b00000000 // 8. Reihe

};

// Matrix anzeigen

for (int i = 0; i < 8; i++)

{

LEDMatrix.setRow(0, i, Zeichen[i]);

}

Der loop-Teil:

void loop()
{
  // Start
  if (Start)
  {
    ParcoursBauen();
    Start = false;
    StartZeit = millis();
    int Reihe = 4;
    int Spalte = 4;
    LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, true);
  }

  // Joystick-Button lesen
  if (ZeitStoppen.update())
  {
    if (ZeitStoppen.read() == LOW)
    {
      Start = true;

      // Zeit berechnen
      float Sekunden;
      VerstricheneZeit = millis() - StartZeit;
      Sekunden = VerstricheneZeit / 1000;
      String GesamtSekunden = String(Sekunden);

      // . durch , ersetzen
      GesamtSekunden.replace(".", ",");

      // Ausgabe im Seriellen Monitor
      Serial.println("Sekunden insgesamt: " + GesamtSekunden + " Sekunden");

      // Minuten berechnen
      int Minute  = int(Sekunden) / 60;

      // nur Ausgabe der Minuten wenn Minute > 0
      if (Minute > 0)
      {
        // Ausgabe verschönern, wenn Minute > 1 -> Ausgabe "Minuten"
        // "Minute"
        if (Minute > 1)
        {
          Serial.print(String(Minute) + " Minuten ");
        }
        else
        {
          Serial.print(String(Minute) + " Minute ");
        }
      }

      // von Sekunden Anzahl der Minuten abziehen
      Sekunden = Sekunden - Minute * 60;

      // Sekunden in String umwandeln damit . durch , ersetzt werden kann
      String AnzahlSekunden = String(Sekunden);
      // . durch , ersetzen
      AnzahlSekunden.replace(".", ",");
      Serial.println(AnzahlSekunden + " Sekunden");
    }
  }

  // Bewegung der X-Achse lesen
  PositionX = analogRead(XAchse);

  // Bewegung X-Achse nach oben
  if (PositionX > 600)
  {
    // zu schnelles "Springen" verhindern
    delay(200);
    LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, false);
    if (Spalte > 0) Spalte--;
    LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, true);
  }

  // Bewegung X-Achse nach unten
  if (PositionX < 300)
  {
    delay(200);
    LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, false);
    if (Spalte < 7) Spalte++;
    LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, true);
  }

  // Bewegung der Y-Achse lesen
  PositionY = analogRead(YAchse);

  // Bewegung Y-Achse nach rechts
  if (PositionY > 600)
  {
    delay(200);
    LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, false);
    if (Reihe > 0) Reihe--;
    LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, true);
  }

  // Bewegung Y-Achse nach links
  if (PositionY < 300)
  {
    delay(200);
    LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, false);
    if (Reihe < 7) Reihe++;
    LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, true);
  }
}

100

101

102

103

104

void loop()

{

// Start

if (Start)

{

ParcoursBauen();

Start = false;

StartZeit = millis();

int Reihe = 4;

int Spalte = 4;

LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, true);

}

// Joystick-Button lesen

if (ZeitStoppen.update())

{

if (ZeitStoppen.read() == LOW)

{

Start = true;

// Zeit berechnen

float Sekunden;

VerstricheneZeit = millis() - StartZeit;

Sekunden = VerstricheneZeit / 1000;

String GesamtSekunden = String(Sekunden);

// . durch , ersetzen

GesamtSekunden.replace(".", ",");

// Ausgabe im Seriellen Monitor

Serial.println("Sekunden insgesamt: " + GesamtSekunden + " Sekunden");

// Minuten berechnen

int Minute = int(Sekunden) / 60;

// nur Ausgabe der Minuten wenn Minute > 0

if (Minute > 0)

{

// Ausgabe verschönern, wenn Minute > 1 -> Ausgabe "Minuten"

// "Minute"

if (Minute > 1)

{

Serial.print(String(Minute) + " Minuten ");

}

else

{

Serial.print(String(Minute) + " Minute ");

}

// von Sekunden Anzahl der Minuten abziehen

Sekunden = Sekunden - Minute * 60;

// Sekunden in String umwandeln damit . durch , ersetzt werden kann

String AnzahlSekunden = String(Sekunden);

// . durch , ersetzen

AnzahlSekunden.replace(".", ",");

Serial.println(AnzahlSekunden + " Sekunden");

}

// Bewegung der X-Achse lesen

PositionX = analogRead(XAchse);

// Bewegung X-Achse nach oben

if (PositionX > 600)

{

// zu schnelles "Springen" verhindern

delay(200);

LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, false);

if (Spalte > 0) Spalte--;

LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, true);

}

// Bewegung X-Achse nach unten

if (PositionX < 300)

{

delay(200);

LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, false);

if (Spalte < 7) Spalte++;

LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, true);

}

// Bewegung der Y-Achse lesen

PositionY = analogRead(YAchse);

// Bewegung Y-Achse nach rechts

if (PositionY > 600)

{

delay(200);

LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, false);

if (Reihe > 0) Reihe--;

LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, true);

}

// Bewegung Y-Achse nach links

if (PositionY < 300)

{

delay(200);

LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, false);

if (Reihe < 7) Reihe++;

LEDMatrix.setLed(0, Reihe, Spalte, true);

}

LED-Matrix – Joystick-Spiel

Funktionen der Bibliothek LEDControl

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