ATmega328P自作スロットマシン「エイリアン侵略」 - デュアルMCU、I2C連携、確率設計解説付き

必要な部品と材料

ATmega328P-PU（スロットマシン本体用＋クレジット表示スレーブ用）	×2
7セグメントLED 8桁表示モジュール（クレジット残高表示）	×1
8×8 LEDマトリックス 4セグメント MAX7219搭載（リール表示用、3セグメント使用）	×1
I2C 20×4 文字LCDモジュール（メニュー表示）	×1
ブレッドボード 830ポイント	×2
モーメンタリタクトスイッチ（リール回転、メニュー操作、リセット用）	×6
RGB LED（共通カソード）、ブザー×2、各種抵抗・コンデンサ・水晶発振子・7805レギュレータ等	×1式
FTDI USB-シリアル変換アダプタ（書き込み用）、はんだ付け用ユニバーサル基板、プロジェクトケース	×1式

必要な工具

• はんだごて、ヘルピングハンズ

使用ライブラリ

• LedControl（MAX7219制御）
• TimerFreeTone（ブザー音階再生）
• LiquidCrystal / LiquidCrystal_I2C（LCD制御）

プロジェクト概要

2個のATmega328P-PUをI2Cで連携させ、本格的な確率設計に基づくエイリアンテーマのスロットマシンを自作。3リール×25種類シンボル、5種類の当たり役（ジャックポット=宇宙船3つ、宇宙船2つ/1つ、シンボル3つ/2つ揃い）、ホールレート（胴元利益率）設定可能、オートプレイで100万回シミュレーション可能、全メトリクスをLCDとシリアルで表示。教育・娯楽目的のDIYプロジェクトです。

ゲームルールと確率設計

各リールに同一の25ユニークシンボル（宇宙船1種、エイリアン等24種）。全組み合わせ 25³ = 15,625通り。

当たり役	組み合わせ数	確率	オッズ	配当倍率（ホール0%時）
宇宙船3つ（ジャックポット）	1	0.000064	1:15,624	600倍
同一シンボル3つ（宇宙船除く）	24	0.001536	1:650	122倍
宇宙船2つ	72	0.004608	1:216	50倍
宇宙船1つ	1,728	0.110592	1:8	3倍
同一シンボル2つ	1,656	0.105984	1:8.4	2倍
ハズレ	12,164	0.777216	-	0倍

配当表はボラティリティ指数（VI）< 20となるようスプレッドシートで試行錯誤し決定。ホールレート（0〜15%）はメニューから設定可能。当たり役は排他（最高配当のみ適用）。

主な機能

• LCDメニュー（再生、ベット変更、設定、メトリクス表示、リセット、ホール設定）
• 外部割り込み活用の高度なデバウンス付きボタン操作
• オートモード: 100万回まで自動連続プレイでメトリクス収集
• EEPROMへの定期書き込み（1万回ごと）でデータ永続化、書き込み回数監視で寿命管理
• クレジット残高は別MCU（I2Cスレーブ）の7セグ8桁表示で常時表示
• RGB LEDとブザーで演出（起動時「未知との遭遇」テーマ、当たりでサイレン）

ソフトウェア構成

SlotMachine.ino（マスター）

• リール制御: 3つの8×8マトリックスをLedControlで駆動、正弦波フェードイン/アウトアニメーション
• 乱数生成: 浮動ピン（A0）ADC値をシードにrandom()使用
• 状態管理: machineStateビットマスク（IDLE, SPINNING, AUTO, SHOW_MENU等）
• イベント駆動: ProcessEvents()でボタン/メニュー操作を処理
• I2Cマスター: クレジット表示スレーブ（アドレス0x10）へ残高送信、LCD（0x3F）へメニュー描画

SlotMachine.h

全25シンボルの8×8パターン定義（バイナリリテラルで可視化）、音階定義（NOTE_C4=262Hz等）、配当定数、ピン割り当て等を集約。

slotCreditsDisplaySlave.ino（スレーブ）

• I2Cスレーブアドレス0x10でマスターから残高データ受信
• LedControlで7セグ8桁表示を制御、残高変化時はカウントアップ/ダウンアニメーション
• 独自ブザーで音響フィードバック

製作手順

1. FTDIアダプタで両ATmega328Pにブートローダー書き込み（Arduino Unoでも可）
2. ブレッドボード上で「Arduino on Breadboard」構成（水晶、コンデンサ、レギュレータ、リセット回路）を2セット構築
3. フリッツィング回路図（記事内画像および.fzzファイル）に従い配線。I2Cライン（A4/A5）で2チップ接続
4. 各スケッチを書き込み、動作確認後ユニバーサル基板にはんだ付け、ケースへ収納

既知の課題とTODO

• リール停止位置が現在表示中のシンボルと同一の場合、見た目上回らない（仕様）
• リール停止順が左→右でない（シンプル化のため）
• グローバル変数メモリ使用率80%（不安定領域）、ブラウンアウト検出・ウォッチドッグタイマー未実装
• シンボルデザインの一部はスペースインベーダー風（自作も混在）

回路図とリソース

フリッツィング回路図（slotmachine_1nXzMvYVPH.fzz）、配当計算スプレッドシート（パスワード "password"）、GitHubリポジトリで全ファイル公開。