Az LCD Keypad shield használata és a játékok

Ebben az oktatóanyagban az Arduino alatt a 2×16 karakteres LCD-vel bővített KeyPad shield használata kerül bemutatásra. Az áramkör érdekessége a „több billentyű egy bemeneten” kialakítású felhasználói interakció feldolgozása. Az irányítás és a kijeltő megismerése után néhány játék bemutatása következik, mely tipikusan ilyen LCD-nyomógomb rendszerekre készült.

01970 lcdkeypad - Cseh Robert / TavIR - lcd,keypad,games,shield — Az LCD Keypad fedpanel látképe

Szükséges eszközök

A mintaprogramok kipróbáláshoz szükséges hardware-eszközök:

Szoftver-környezet:

Arduino-1.8.13 (de egyéb kiadással is működik)

Az LCD Keypad shield

A 16×2 LCD Keypad elnevezésű shield az Arduino UNO, Mega, Leonardo és más – Arduino kompatibilis – alappanelekhez is használható. Az egyetlen megkötés, hogy a lapnak támogatnia kell az 5V-os tápellátást és az analóg bemeneten az 5V fogadását. Az áramköri felépítése miatt teljes mértékben kompatibilis az Arduino (beépített) 4-bites „LiquidCrystal” eljárás-könyvtárával.

A shield tartalmaz:

16×2 karakteres LCD kijelző,
kijelző kontraszt-beállító potenciométer,
LCD háttérvilágítás ki/bekapcsolása/fényerőállítás,
5 nyomógomb, amelyek az A0 analóg bemenetre van csatlakoztatva,
reset gomb,
szabad kivezetéseket (furatgalvánizáltan kivezetve) az A1..A5, D0..D3, D11..13 pontokon

Az LCD Keypad shield használata

Az LCD Keypad egy egyszerű „out of box” felhasználóbarát Arduino shield. A beüzemeléséhet a kivezetéseit kell pontosan megismerni. Az LCD bekötése:

Arduino kivezetés	Funkció
D8	LCD RS
D9	LCD Enable
D7	LCD D7
D6	LCD D6
D5	LCD D5
D4	LCD D4
D10	LCD háttérvilágítás
A0	Nyomógombok

1602 Arduino LCD – billentyűzet jellemzői

Az információk, eredmények megjelenítése az elektronikai projektekben mindig fontos kérdés volt. Az adatok kiírása, közlése a felhasználókkal már a korai fejlesztéseknél igényként merült fel. A visszajelzések lehetnek olyan egyszerűek, mint például 7 szegmenses vagy LED-kijelző – de hamar elérhetővé váltak a részletgazdagabb, rugalmasabban kezelhető LCD-k is. Ezek használata mindig is az információmegjelenítés egyik legnépszerűbb módja volt. Az LCD-k két általános típusra oszthatók: karakteres és grafikus megjelenítésűre.

Az egyik legelterjedtebb, legolcsóbb és legegyszerűbben elérhető LCD típus az ún. karakteres LCD. Ez az LCD több sorból és oszlopból áll – a betűk és a számok a sorok és oszlopok által létrehozott, fixen kötött helyekre kerülnek kiírásra. Például a 16*2 karakteres LCD 2 sort és 16 oszlopot tartalmaz. Így összesen 32 karakternyi helyen tud információt megjeleníteni.

01970 characterlcd - Cseh Robert / TavIR - lcd,keypad,games,shield — Kiírás a karakteres LCD-n

Ezekkel a kijelzőkkel nagyon egyszerű dolgozni – teljes mértékben kompatibilisek az összes mikrokontrollerrel és processzorlappal. Több gyártó is készít karakteres LCD-t és a csatolófelülete kvázi-szabvánnyá vált. A 16×2 karakteres LCD könnyebb használatához a négy gombot is tartalmazó Arduino shield készült.

A nyomógomb-rendszer működése

Az 5 nyomógomb – Select/Kiválasztás, Up/Fel, Down/Le, Left/Balra és Right/Jobbra – mind az A0 elnevezésű analóg bemenethez csatlakozik. Ez az alábbi módon valósul meg:

Ha nincsen egyetlen gomb sem megnyomva, akkor az A0 bemeneten mérhető feszültséget az R1 jelű 2kOhm-os 5Vra kötött ellenállás okozza. Ebben a helyzetben a többi ellenállásnak nincs szerepe (hiszen sorba vannak kötve és a legutolsó pontja”lebeg” – így az A0 analóg bemenet értéke a felső határérték: 1023 lesz.

Amikor a Fel/Up gombot nyomjuk meg, akkor a 2 kOhm ellenállás a 330 Ohm ellenállással sorba kapcsolódik és a közös pontjukon a feszültségérték (az ellenállásos feszültségosztás miatt [bővebben lásd: → Egyszerű elektronika: Ellenállás]) kb. 0.71V lesz: ez 330R/(330R+2k) * 5V = 0,142 * 5V = 0,71V, ami ADC mért értékben: 5V/1023*0.71V = 145). Tehát, ha 145 körüli értéket kapunk az A0 beolvasásakor, akkor az az Up/Fel nyomógomb megnyomását jelzi. A ténylegesen figyelembe vett és a működésben (ekkor) szerepet játszó kialakítás:

A Down/Le gomb megnyomásakor (330 Ohm + 620 Ohm=) 950 Ohm és a 2kOhm határozza meg az ellenállásosztót, így az A0 bemenetre kb. 1,61 V kerül (ADC-ként ez 329 mért értéket jelent).

A shield-en mind az 5 navigációs gomb ellenállásokon keresztül az A0 (analóg) bemenetre csatlakozik – megtakarítva jónéhány különálló digitális bemenetet. Amikor megnyomásra kerül egy billentyű, akkor az ellenállásokból képzett osztóáramkörnek megfelelő érték jelenik meg az A0 bemeneten – a mért értékből pedig a megnyomott gomb azonosítható.

Nyomógomb	A0 (ADC) érték
Right/Jobb	0-60
Up/Fel	60-200
Down/Le	200-400
Left/Bal	400-600
Select/Kiválaszt	800-800
Nincs megnyomva	>800

És maga a programkód (a teljes program,kód és kapcsolódó anyagok a →Hivatkozások pontból tölthető le)

#include &lt;LiquidCrystal.h&gt;

const int pin_RS = 8;
const int pin_EN = 9;
const int pin_d4 = 4;
const int pin_d5 = 5;
const int pin_d6 = 6;
const int pin_d7 = 7;
const int pin_BL = 10;
LiquidCrystal lcd( pin_RS, pin_EN, pin_d4, pin_d5, pin_d6, pin_d7);

void setup() {
   lcd.begin(16, 2);
   lcd.setCursor(0,0);
   lcd.print("   LCD Keypad   ");
   lcd.setCursor(0,1);
   lcd.print("Press Key:");
}

void loop() {
   int x;
   x = analogRead (0);
   lcd.setCursor(10,1);
   if (x &lt; 60) {
      lcd.print ("Right ");
   }
   else if (x &lt; 200) {
      lcd.print ("Up ");
   }
   else if (x &lt; 400){
      lcd.print ("Down ");
   }
   else if (x &lt; 600){
      lcd.print ("Left ");
   }
   else if (x &lt; 800){
      lcd.print ("Select");
   }
}

#include <LiquidCrystal.h>

const int pin_RS = 8;

const int pin_EN = 9;

const int pin_d4 = 4;

const int pin_d5 = 5;

const int pin_d6 = 6;

const int pin_d7 = 7;

const int pin_BL = 10;

LiquidCrystal lcd( pin_RS, pin_EN, pin_d4, pin_d5, pin_d6, pin_d7);

void setup() {

lcd.begin(16, 2);

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print(" LCD Keypad ");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Press Key:");

}

void loop() {

int x;

x = analogRead (0);

lcd.setCursor(10,1);

if (x < 60) {

lcd.print ("Right ");

}

else if (x < 200) {

lcd.print ("Up ");

}

else if (x < 400){

lcd.print ("Down ");

}

else if (x < 600){

lcd.print ("Left ");

}

else if (x < 800){

lcd.print ("Select");

}

A kód működése röviden

#include &lt;LiquidCrystal.h&gt;

1	#include <LiquidCrystal.h>

A program globális részén meghivatkozásra kerül LiquidCrystal eljáráskönyvtár: a karakteres LCD kezelése a standard, beépített Arduino függvénykönyvtárral lehetséges.

LiquidCrystal lcd( pin_RS, pin_EN, pin_d4, pin_d5, pin_d6, pin_d7);

1	LiquidCrystal lcd( pin_RS, pin_EN, pin_d4, pin_d5, pin_d6, pin_d7);

Az LCD nevű objektumot létrehozzuk – amely paraméterként az LCD fizikai bekötését tartalmazza. A könnyebb kezelhetőség miatt az ezt megelőző sorokban az egyes kivezetések értéke definiálásra kerül.

A program inicializációs (setup()) részén kerülnek az egyszer lefutó programsoros megadásra:

lcd.begin(16, 2);

1	lcd.begin(16, 2);

Az lcd.begin() függvénnyel az LCD kezdeti konfigurálása történik meg – az lcd objektum sor- és oszlopszámának megadásával. Az első paraméter az oszlopok, a második a sorok számát adja meg.

A program a további lépésben az lcd.setCursor() utasítással a kiírás első karakterének hely-koordinátáit adjuk meg oszlop és sor paraméterpárosként . Majd ezután az lcd.print() segítségével a felhasználónak szóló szöveget írjuk ki a kijelzőre.

Az LCD alapbeállítása, inicializálása, az alapszöveg kiírása a setup () részben ezzel meg is történt.

A futó programban (a loop() által befoglalt, ismétlődő program-magban) a nyomógombokat reprezentáló feszültségosztó közös pontjának értékét az analogRead(A0) utasítással beolvassuk éselmentjük az x változóba. A megismert lcd.setCursor() utasítással a kiírási helyet beállítjuk a 10,1 koordinátákra. A beolvasott értéktől függően az egymásba ágyazott if-elseif függvényekkel a lenyomott gomb szerinti kiírást hajtjuk végre az lcd.print() segítségével.

Tipp: a kiírás során a korábban kiírt karakterek felülírásra kerülnek – ezért történik meg minden kiírásnál a hat karakter kiírása (a szóközökkel feltöltve a törlendő helyeket)!

Fontos! Az ADC bemeneti értéke több gomb lenyomása esetén a priorizált gomb értékét adja vissza. A működési logika alapján a több gomb egyidejű lenyomása nem detektálható – a magasabb prioritású kerül kiértékelésre!

Használati tippek

Az LCD használatával kiírás vagy kijelzés történhet, míg a nyomógombok segítségével egyszerű navigálásra és kiválasztásra van mód. Ennek egyik felhasználási lehetősége a különféle menük elkészítése, illetve egyszerűbb játékok létrehozása.

A menük létrehozása megérdemel egy külön cikket, ez a későbbiekben a →Karakteres LCD menük kezelése fejezetben érhető el.

A játékok azonban már egy érdekes terület. A 2×16 kijelző sok-sok mindenre alkalmas, hiszen a fix, beégetett karakterek mellett 8 darab, egyidejűleg megjeleníthető definiált ábra is kiíratható. És ha a gombokkal az irányítás megoldható – akkor nyert ügyönk van.
De nem kezdüönk neki a játékok megírásának – ezt mások már megtették helyettünk…

LCD Keypad és a játékok

Az LCD Keypad shield játékgyűjtemény legtöbb esetben különálló nyomógombokra és kijelzőre épült. Ez került később átírásra, hogy az egységes kialakítású Keypad shield-en futtatható legyen. A programok mind kipróbálásra kerültek, az alappanel Uno lapka volt.

A játékok a megadott linkekről letölthetőek, vagy egyszerűbben a →Hivatkozások alól (lap alján) egyben is elérhetőek.

1. Arduinoid

A klasszikus falromboló néven is ismert játék. Kicsit fura, hogy oldalirányban kell játszani – de megszokható.

Opcionális kiegészítő: 1x passzív buzzer (csipogó) a D3 és a GND közt.

Author: Mason (@profmason)
Eredeti URL: https://codebender.cc/sketch:209333#DF%20Robot%20LCD%20with%20Keypad.ino
Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=mam9-iFeFJk

2. DinosaurGame

Az „ugrálós”, barlangban mászkálós dinoszauruszos játék átirata.

Author: Erbol Syzdyk
URL: https://create.arduino.cc/projecthub/aqzuonyt/arduino-dino-game-using-lcd-663aeb
Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=pR_U7vryuJY

3. Hangmanduino

A szókitalálós -hagyományos akasztófa-játék. Jelenleg angol nyelven érhető el. A program, elején a szavak szabadon átírhatóak. (Alapesetben az ékezetes karaktereket nem támogatja…)

Author: Dan Wagoner
URL: http://www.nerdybynature.com/2009/08/31/hangmanduino/
Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=hCa8F8fbHLQ

4. Helicopter

A régi, 8-bites számítógép korában és a játéktermi gépeknél megjelent klasszikus felhőkerülgetős helikoptervezetéses játék.

Author: Kevin Loney
URL: https://makezine.com/2013/03/11/arduino-helicopter-game-2/
Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=Lmb0OcObO5A

5. Hunt The Wumpus

A mászkálós, szöveges alapú kalandjátékok alapján készült egyszerű verzió.

Author: @dmalec
URL: https://github.com/dmalec/Hunt-The-Wumpus
Youtube: —-

6. Jump

A mászkálós, oldalnézetes játékok „őspéldánya”…

Author: Joshua Brooks
URL: http://www.instructables.com/id/Arduino-LCD-Game/
Youtube:https://www.youtube.com/watch?v=LVPSwgAacac

7. Number Flip-Flop

Nem is annyira egyszerű játék. Számokat kell sorba rakni, és adott „szeleteket” lehet forgatni. Részletes leírás a feltöltési anyagok közt található.

Author: Budd Churchward (@barnacleBudd)
URL: http://mypetdigispark.blogspot.co.za/2013/02/lcd-game-set-up-number-flip-flop-intro.html
Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=SqxVIVnzkR0

8. Pac-Man

Egyszerűsített Pacman játék.

Author: Jean Malha
URL: http://forum.snootlab.com/viewtopic.php?f=34&t=207
Youtube: —

9. PACMAN RIDER!

A Pacman játék nehezített kiadása. Bónusz élettel és támadó szörnnyel.

Author: Micky Griffiths
URL: —-
Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=JapKr4s1tVY

10. Poseur Blocks

Tetris játék – kicsit másként… A felépítő elemek részletesebbek, több variációra van lehetőség.

Author: Alex Zen (@alexzen)
URL: https://github.com/alzkun/poseur-blocks
Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=tZByxIPXiag

11. Snake

A korai monokróm kijelzős telefonok klasszikus kígyós játéka… 2×16 karakteres kijelzőn…

Author: @boti12bot
URL: https://www.youtube.com/watch?v=IkTK6WMlMs4
Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=IkTK6WMlMs4

12. Tetris

A klasszikus Tetris játék – nagy méretű építőelemekkel.

Author: @Numeric
URL: https://hackaday.io/project/10761-tetris-on-arduino-lcd
Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=YTdxdu47js0

13. The Lonely Cottage

Szövegalapú, többválasztásos szórakoztató szöveges kaland, jó történettel. A programban a szöveges rész lefordítható, illetve a játékmenet logikai elágazási is jól dokumentáltan megtalálhatóak a programban. Megfontolandó rövid szöveges kalandjátékok újraírására, vagy logikai lépések (oktatási) célra.