ATmega328P 双芯片外星人主题老虎机：完整概率数学与 I²C 从机显示

所需组件与材料

所需库

• LedControl（驱动 MAX7219）
• TimerFreeTone（无定时器蜂鸣器驱动）
• LiquidCrystal_I2C + Wire（I²C LCD）

项目简介

基于两颗裸片 ATmega328P-PU（16MHz）构建的外星人主题老虎机：

• 主控芯片：驱动 3×8×8 点阵滚轮、按钮、RGB LED、蜂鸣器、I²C LCD 菜单、I²C 主机向从机发送积分。
• 从机芯片：仅驱动 8 位七段数码管显示积分，接收 I²C 数据。
• 每轴 25 种符号（含飞船、外星人、骰子点数等），三轴独立随机停止。
• 五种中奖方式：三飞船(大奖)、二飞船、一飞船、三同符、二同符，互斥仅按最高赔率派彩。
• 菜单系统：投注额调整、自动模式(百万次压测)、音效开关、统计指标查看、重置、庄家抽成(hold%)设定。

核心数学模型

总组合数 = 25³ = 15,625。各中奖概率精确计算：

赔付表经电子表格迭代优化，使波动指数 VI < 20（行业可接受），并可在菜单中设定抽成 0-15%（默认 0% 用于压测）。压测百万次验证实测收益落在 90% 置信区间内。

固件架构亮点

• 寄存器级+Arduino 混合编程：按钮用外部中断(PCINT)去抖，定时器空闲留给蜂鸣器。
• 状态机：machineState 位域同时标记 IDLE/SPINNING/AUTO/SHOW_MENU。
• 事件驱动：ProcessEvents() 分发 SPIN/NAV/SELECT/BET/SETTINGS 等事件。
• EEPROM 断电保存：积分、押注、局数、各中奖计数、抽成、写入计数器（~10 万寿命），每 1 万局写入一次。
• I²C 从机协议：主机发送 10 字节（起始积分 4B、增量 2B、目标积分 4B），从机按增量动画滚动数码管。

已知问题与 TODO

• 偶尔有滚轮不动（随机数恰好等于当前符号），非缺陷。
• 滚轮非左→右顺序停止，可排序随机数修复。
• 全局变量已占 80% SRAM，再增功能需优化（如菜单字符串放 Flash）。
• 计划加入掉电检测(BOD)与看门狗(WDT)。

接线速查

主控 ATmega328P

• D0/D1：FTDI TX/RX；D2：旋转按钮(PCINT18)
• D3/D5/D6：RGB LED R/G/B (PWM)
• D7/D8/D9：点阵 DIN/CLK/CS (LedControl)
• D10/D11：蜂鸣器/备用
• D12/D13：未用/触控备用
• A4/A5 (PC4/PC5)：I²C SDA/SCL → 从机 & LCD
• A0/A1/A2：导航上/下/选中按钮 (PCINT9/10/11)
• PC6：复位；XTAL1/2：16MHz 晶振

从机 ATmega328P

• D0/D1：FTDI TX/RX
• D9：蜂鸣器
• D10/D11/D12：七段 DIN/CLK/CS
• A4/A5：I²C SDA/SCL ← 主控
• 其余同主控晶振/电源/复位

代码与资源

• GitHub 仓库含 SlotMachine.ino、SlotMachine.h(符号位图)、slotCreditsDisplaySlave.ino、Fritzing 原理图、赔付计算表(Excel, 密码 password)。
• 符号位图以二进制字面量定义，可直接在 .h 中修改外观。

总结

这是一个集硬件焊接、嵌入式 C、概率数学、赌博机合规逻辑于一体的综合练习项目。代码大量注释，适合进阶学习者阅读移植。作者邮箱 dan-murphy@comcast.net 欢迎反馈缺陷。后续将推出焊接版封装教程（Part II）。