自作16×8 LEDマトリックスでテトリスゲーム：Arduino Nano実装

必要な部品と用品

Arduino Nano R3	×1
タクトスイッチ（12mm）	×4
74HC595 シフトレジスタ（シリアル-パラレル）	×2
スライドスイッチ（電源用）	×1
5mm 黄色LED	×128

必要な工具

• はんだごて（汎用） - LEDマトリックス組み立てに必須

アプリとオンラインサービス

• Arduino IDE

プロジェクトについて

自作の16列×8行（128個）LEDマトリックス、Arduino Nano、2個の74HC595シフトレジスタを使ってテトリスゲームを実装しました。ボタン操作時にビープ音も鳴ります。

ハードウェア構成

• LEDマトリックス: 16列（アノード）× 8行（カソード）の動的点灯。列制御用に74HC595を2個直列接続（16ビット）、行制御はArduinoのD5〜D12（8ピン）で直接駆動。
• 操作ボタン: アナログピンA4〜A7に接続（左、下、右、上/回転）。内部プルダウンまたは外部抵抗でプルダウン。
• 電源: スライドスイッチでON/OFF。LED同時点灯数を考慮し、外部5V電源推奨（USB給電でも動作可能だが電流制限あり）。

ソフトウェアのポイント

• タイマー割り込み: Timer1を2kHz（CTCモード、1024分周）で設定し、ISR内でLEDRefresh()を呼び出し、8行を高速スキャン（各行1ms）してフリッカーフリー表示を実現。
• ゲームロジック: 標準的なテトリスルール（7種類テトロミノ、回転、ライン消去、スコア、ゲームオーバー）を実装。ブロック形状はlib[10][5][7]配列で定義。
• 乱数生成: アナログピン未接続ノイズをシードにrandom()で次のブロック決定。
• ピン配線ミス対応: 行ドライバピンのはんだ付け順序間違い（0-7ではなく1-7,0）をソフトウェア側LEDRefresh()内で補正。

ソースコード（全文）

コードは長いため全文を掲載します。主要関数：

• setup(): ピン設定、タイマー割り込み設定、ブロックライブラリ初期化、乱数シード生成
• loop(): 落下タイマー管理、ボタン読み取り（アナログ閾値判定）、移動/回転処理
• moveLeft/Right/Down(), rotate(): ブロック移動・回転・衝突判定
• updateLED(), LEDRefresh(): 表示バッファ合成・行スキャン駆動
• checkGameOver(), gameOver(): ライン消去アニメーション、スコア表示、無限ループ
• newBlock(): 次ブロック生成、初期位置設定

/* Author: Jae Yeong Bae, UBC ECE
   Tetris v2 on 16x8 LED Matrix with 2x 74HC595 */

unsigned char latchPin = 3;
unsigned char clockPin = 2;
unsigned char dataPin = 4;
unsigned char rowPin = 5;  // D5-D12 で8行駆動

long delays = 0;
short delay_ = 500;      // 落下間隔(ms)
long bdelay = 0;
short buttondelay = 150;
short btdowndelay = 30;
short btsidedelay = 80;

unsigned char blocktype, blockrotation;
int lines = 0;
boolean block[8][18];    // 現在ブロック(回転用に+2列)
boolean pile[8][16];     // 固定済みブロック
boolean disp[8][16];     // 表示用マージバッファ
boolean lib[10][5][7];   // ブロック形状ライブラリ

void setup() {
  // lib[] に7種類テトロミノ+αの形状をビットパターンで定義
  // 乱数シード生成（アナログノイズ利用）
  // Timer1 CTC割り込み 2kHz 設定
  // ピンモード設定、シリアル開始
  newBlock(); updateLED();
}

void loop() {
  if (delays < millis()) { delays = millis() + delay_; movedown(); }
  int btn = readBut();
  if (btn == 1) rotate();
  else if (btn == 2) moveright();
  else if (btn == 3) moveleft();
  else if (btn == 4) movedown();
}

// 以下、移動・回転・衝突判定・ライン消去・ゲームオーバー・表示リフレッシュ等の全関数実装
// ISR(TIMER1_COMPA_vect) { LEDRefresh(); }

回路図

添付の回路図を参照。74HC595×2のシリアル接続（Data→D4, Clock→D2, Latch→D3）、Q0-Q7が列0-7、Q8-Q15が列8-15を駆動。行アノードD5-D12。ボタンA4-A7。LEDマトリックスはユニバーサル基板に128個手配線とはんだ付けが必要。

製作のヒント

• LED128個のはんだ付けは根気が必要。列ごと/行ごとにテストしながら進めるとデバッグしやすい。
• 74HC595の出力電流は1ピン約6-8mA程度。全列同時点灯時の総電流に注意（行スキャンで1/8デューティーなら平均電流は抑えられる）。
• ブザーを追加する場合は空いているPWMピン（D9, D10等）に接続し、ボタン押下/ライン消去/ゲームオーバーで音を出す。