Змейка на LCD 16x2: игра из своих символов

Племянник, посмотрев, как мой термометр рисует цифры на LCD, выдал запрос «сделай, чтобы был как тетрис». Змейка показалась мне честнее для экрана 16x2, и первый блин я закомил в стиль, который уже разоблачали в уроке про мерцание: каждые 300 миллисекунд clear() — и полная перерисовка поля. Экран моргал, как стробоскоп, хотя менялись максимум три клетки. Вторая попытка вышла рабочей: змейка хранит себя в массивах, а за тик на экране перерисовываются ровно три ячейки — хвост, бывшая голова и новая голова. Экран замер, зато игра ожила.

В этом уроке соберём такую змейку целиком: поле, спрайты из своих символов, три кнопки, еда, скорость, растущая с длиной, и честный game over. По дороге разберём, почему тело удобно хранить двумя массивами и как проверять столкновения до сдвига, а не после. Если вы ещё не рисовали свои глифы через createChar(), сначала загляните в урок про свои символы на LCD — там механика знакогенератора.

Экран 16x2 для игры — это поле из 32 клеток, свёрнутое в цилиндр: голова, ушедшая за правый край, выныривает из левого края той же строки. Никаких стен — единственный враг, кроме вашей растущей спины, это собственное тело. Каждая клетка — знакоместо 5 на 8 точек, и это удачный размер спрайта: одна клетка — один символ. У контроллера HD44780 для таких картинок есть восемь слотов памяти CGRAM, куда createChar() кладёт нарисованную по битам картинку; как устроена эта память, разобрано в уроке про внутренности HD44780.

В скетче ниже спрайты заменены обычными буквами: O — голова, звёздочка — тело, собака — еда. Это сделано ради симулятора, который исполняет команды библиотеки, но слоты CGRAM не эмулирует; на настоящем железе вы возвращаете createChar() с полным блоком 0xFF для тела — и игра выглядит в разы лучше, а код не меняется ни символом. Моя граница применимости: для первой версии берите символы как есть — попадание в геймплей важнее красоты пикселей; красить спрайты лучше, когда механика уже не разваливается.

Тело змеи — классическая задача на массивы, и двух массивов хватает полностью: rows[i] и cols[i] хранят строку и столбец каждого сегмента, индекс ноль — голова. За тик происходит ровно три вещи. Сначала — до всякого сдвига — проверяем столкновение: клетка, куда собирается голова, не занята телом (хвост не считаем, он в этот же тик уползёт). Потом сдвигаем массивы с хвоста к голове. И последней двигается голова в новую клетку. Если съедена еда, массив становится на элемент длиннее, хвост остаётся на месте — змея выросла ровно на клетку. Порядок «проверка, потом сдвиг» я выбил себе как закон после того, как змейка научилась кусать несуществующий хвост: сначала я двигал, потом проверял — и ловил столкновение с клеткой, которую тело только что освободило. Приёмы работы с массивами мы проходили в уроке про массивы и журнал данных.

Управление — три кнопки на D2, D3 и D4: верхняя строка, нижняя строка, старт-рестарт. Змея всегда ползёт вперёд, кнопки лишь выбирают строку — осознанное упрощение для двухрядного поля, и именно оно делает игру на 32 клетках напряжённой: тело длиннее восьми клеток занимает обе строки, и выбор пути превращается в расчёт. Кнопки опрашиваются по фронту — сравнение с прошлым состоянием prev, как в уроке про digitalRead и кнопки, — а тики ведёт millis(): внутри loop() нет ни одного delay(), змея делает шаг, когда подошло время. Такой планировщик без блокировок — прямое применение урока про задачи на millis.

В макетке ниже три кнопки: D2 — переползти на верхнюю строку, D3 — на нижнюю, D4 — старт и рестарт. До старта на экране заставка, после — поле с головой O, телом из звёздочек и едой-собакой. Съеденная еда удлиняет тело и ускоряет тик — в Serial при этом идут пары len= и ms=, а при поедании — счёт. Столкновение с собственным телом — game over с длиной на экране и рестартом по D4. Поиграйте до длины десять-двенадцать: именно там обе строки начинают тесниться, и каждое решение становится выбором.

Куда расти дальше, когда механика закрепится. Первым я добавлял стены: символ решётки на краях вместо цилиндра — столкновение со стеной проверяется в step() до сдвига, одной парой сравнений. Вторым — бонусную еду, исчезающую через пять секунд: второй таймер на millis() и мигающий спрайт. Третьим — счёт рекорда в EEPROM, чтобы он переживал выключение. И самое приятное — поле 20x4: те же массивы, но 80 клеток, ползать куда интереснее, а нумерация строк разобрана в уроке про адресацию строк на LCD 20x4. Совет с границей: усложнения вносите по одному и играйте в каждое — иначе при поломке не узнаете, какая из четырёх новых строк её принесла.