在 Velxio 上用 Arduino 构建西蒙说记忆游戏

简介

还记得经典的西蒙说游戏吗？它是学习 Arduino 上数组、状态机和用户输入处理的完美项目。在本教程中，我们将使用四个 LED 和四个按钮构建一个功能完整的西蒙说游戏，所有操作都在浏览器中通过 Velxio 模拟完成，无需任何硬件！

电路讲解

让我们看看各个组件及其连接方式。

组件

接线

每个 LED 的阳极 (A) 连接到 Arduino 的数字引脚，阴极 (C) 通过限流电阻（内部模拟）连接到 GND。按钮的一个引脚 (1.l) 连接到数字引脚，另一个引脚 (2.l) 连接到 GND，使用 Arduino 的内部上拉电阻。

• 红色 LED：引脚 8（红线）接阳极，阴极接 GND（黑线）。
• 绿色 LED：引脚 9（绿线）接阳极，阴极接 GND。
• 蓝色 LED：引脚 10（蓝线）接阳极，阴极接 GND。
• 黄色 LED：引脚 11（黄线）接阳极，阴极接 GND。
• 红色按钮：引脚 2（浅蓝线）接 1.l，2.l 接 GND。
• 绿色按钮：引脚 3（浅蓝线）接 1.l，2.l 接 GND。
• 蓝色按钮：引脚 4（浅蓝线）接 1.l，2.l 接 GND。
• 黄色按钮：引脚 5（浅蓝线）接 1.l，2.l 接 GND。

所有接地连接共享 Arduino 的 GND 引脚。

代码讲解

在 Velxio 中打开代码编辑器查看完整草图。

常量和变量

const int LED_PINS[] = {8, 9, 10, 11};
const int BUTTON_PINS[] = {2, 3, 4, 5};
const int NUM_LEDS = 4;

int sequence[100];
int sequenceLength = 0;
int currentStep = 0;

我们定义了 LED 和按钮引脚的数组，与接线匹配。sequence 存储随机模式（最多 100 步）。sequenceLength 跟踪玩家需要重复的步数，currentStep 跟踪玩家的进度。

初始化

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    pinMode(LED_PINS[i], OUTPUT);
    pinMode(BUTTON_PINS[i], INPUT_PULLUP);
  }

  randomSeed(millis());
  newGame();
}

我们将 LED 引脚设置为输出模式，按钮引脚设置为带内部上拉的输入模式（因此按钮按下时读取为 LOW）。randomSeed(millis()) 确保每次游戏生成不同的序列。newGame() 开始第一轮。

游戏逻辑

newGame() 将序列长度重置为 1，添加一个随机步骤，并播放序列。

void newGame() {
  sequenceLength = 1;
  currentStep = 0;
  addToSequence();
  playSequence();
}

void addToSequence() {
  sequence[sequenceLength - 1] = random(0, NUM_LEDS);
}

void playSequence() {
  for (int i = 0; i < sequenceLength; i++) {
    flashLED(sequence[i]);
    delay(500);
  }
}

void flashLED(int led) {
  digitalWrite(LED_PINS[led], HIGH);
  delay(300);
  digitalWrite(LED_PINS[led], LOW);
}

playSequence() 遍历存储的序列，每个 LED 闪烁 300 毫秒，间隔 500 毫秒。

主循环

void loop() {
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    if (digitalRead(BUTTON_PINS[i]) == LOW) {
      flashLED(i);

      if (i == sequence[currentStep]) {
        currentStep++;
        if (currentStep == sequenceLength) {
          delay(1000);
          sequenceLength++;
          currentStep = 0;
          addToSequence();
          playSequence();
        }
      } else {
        // 按错按钮——游戏结束
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
          for (int k = 0; k < NUM_LEDS; k++) {
            digitalWrite(LED_PINS[k], HIGH);
          }
          delay(200);
          for (int k = 0; k < NUM_LEDS; k++) {
            digitalWrite(LED_PINS[k], LOW);
          }
          delay(200);
        }
        newGame();
      }

      delay(300);
      while (digitalRead(BUTTON_PINS[i]) == LOW);
    }
  }
}

主循环持续检查所有按钮。当按钮被按下（LOW）时，闪烁对应的 LED。如果按下的按钮与预期步骤（sequence[currentStep]）匹配，则前进。如果玩家完成了整个序列，则添加一个新步骤并播放更长的序列。如果按错，所有 LED 闪烁三次，然后开始新游戏。

关键概念

• 数组：使用数组存储引脚编号和游戏序列，使代码可扩展且整洁。
• 内部上拉电阻：INPUT_PULLUP 省去了外部电阻；按钮按下时读取为 LOW。
• 按键消抖：delay(300) 和 while(digitalRead(...)==LOW) 循环提供了简单的消抖处理。
• 随机性：randomSeed(millis()) 和 random() 生成不可预测的序列。
• 状态机：游戏通过 currentStep 和 sequenceLength 跟踪进度。

常见问题与调试技巧

• 按钮无响应？ 检查按钮引脚是否设置为 INPUT_PULLUP 且接线正确（1.l 接引脚，2.l 接 GND）。
• LED 不亮？ 确认 LED 引脚为 OUTPUT 模式，且阳极/阴极连接正确。
• 序列太快？ 调整 flashLED() 和 playSequence() 中的 delay() 值。
• 游戏意外重置？ 确保 randomSeed(millis()) 仅在 setup() 中调用一次。
• 使用串口监视器：添加 Serial.println() 语句调试序列值。

建议扩展

• 添加蜂鸣器：为每个 LED 颜色播放音调。
• 难度等级：随着序列增长提高速度。
• 最高分：记录达到的最长序列。
• 多人模式：两名玩家轮流操作。
• 视觉反馈：使用不同的 LED 亮度或模式。

亲自试试！

准备好了吗？在 Velxio 上打开实时示例并启动模拟。按下按钮重复序列。你能走多远？

在 Velxio 上启动西蒙说游戏

祝你构建愉快！