064_7세그먼트_전자주사위 🎲✨

푸시 버튼 입력과 7-세그먼트 출력을 융합한 인터랙티브 난수 게임기 제작
random() 난수 생성 함수와 randomSeed()의 원리를 이해하고 스릴 넘치는 룰렛 애니메이션을 구현합니다.

전자 주사위 타이틀

1. 전자 주사위(Digital Dice)란? 🎲

보드게임을 하다가 주사위를 바닥에 떨어뜨려 잃어버리는 일은 이제 그만!

👧 도로시: “지니야! 보드게임할 때 주사위를 맨날 잃어버려서 속상해! 아두이노 버튼을 누르면 1부터 6까지 진짜 주사위 숫자가 나오는 기계를 만들 수 있을까?”
🐱 지니: “최고의 아이디어야 도로시! 7-세그먼트와 랜덤(난수) 함수의 마법을 합쳐 세상에 단 하나뿐인 ‘아두이노 전자 주사위’를 만들어보자!”
🐶 토토: “멍멍! (잭팟 6번 나와라 멍!)”

전자 주사위 개요

[!NOTE] 전자 주사위의 작동 흐름

  1. 대기 상태: 세그먼트에 대시표시(-) 또는 이전 주사위 눈금 표시
  2. 버튼 클릭: 사용자가 택트 스위치를 누르면 난수 추첨 루틴 시작
  3. 룰렛 애니메이션: 1부터 6까지의 숫자가 빠르게 회전하다가 서서히 감속
  4. 최종 결과 출력: 엄격한 난수 알고리즘으로 선정된 1~6 중 하나의 숫자에 정지

2. 회로 설계: 버튼 스위치 추가하기 🛠️

기존의 7-세그먼트 8개 핀 배선에 푸시 버튼 스위치 회로를 추가합니다.

버튼 스위치 회로

📌 부품 연결 상세표

  • 7-세그먼트 배선 (디지털 6~13번 핀):
    • a: D12, b: D13, c: D7, d: D8, e: D9, f: D11, g: D10, dp: D6
    • 공통 캐소드 핀 ➡️ $220\Omega$ 저항 ➡️ GND
  • 푸시 버튼 스위치 배선 (디지털 2번 핀):
    • 스위치 한쪽 다리 ➡️ 아두이노 디지털 2번 핀 (D2)
    • 대각선 반대쪽 다리 ➡️ GND
    • pinMode(2, INPUT_PULLUP) 설정으로 외장 풀업 저항 생략!

3. 무작위 수 뽑기: random() 함수 🎰

컴퓨터에게 무작위 숫자를 요청할 때는 아두이노 내장 random() 함수를 사용합니다.

난수 생성 개념도

// 1. 단일 매개변수: 0부터 (max-1)까지
int val1 = random(6); // 0, 1, 2, 3, 4, 5 중 하나

// 2. 두 개 매개변수: min부터 (max-1)까지
int dice = random(1, 7); // 1, 2, 3, 4, 5, 6 중 하나!

[!IMPORTANT] random(min, max) 함수에서 상한값 max는 결과에 포함되지 않습니다(Exclusive)! 주사위의 눈인 1부터 6까지를 뽑으려면 반드시 random(1, 7)을 호출해야 합니다.

4. 진짜 무작위를 만드는 비밀: randomSeed() 🌱

컴퓨터는 결정론적(Deterministic) 기계이기 때문에 내부 수학 공식(의사 난수 생성기, PRNG)에 의존합니다. 시작할 때 같은 씨앗(Seed)을 사용하면 매번 전원을 켤 때마다 동일한 숫자 순서(예: 3 ➡️ 6 ➡️ 1 ➡️ 2…)로 주사위가 나옵니다!

의사 난수와 7세그먼트

🌟 플로팅 아날로그 핀을 이용한 완벽한 난수 생성법

void setup() {
  // 아무 센서도 연결되지 않은 빈 아날로그 A0 핀의 미세 전자기 노이즈를 읽어 시드로 지정
  randomSeed(analogRead(A0));
}

🐱 지니: “아무것도 연결되지 않은 아날로그 A0 핀은 공기 중의 미세한 정전기와 전자파 노이즈를 0~1023 사이의 값으로 흡수해! 이 예측 불가능한 물리 노이즈를 씨앗(Seed)으로 심으면 매번 완벽하게 무작위인 주사위가 만들어진단다!”

5. 실습: 주사위 굴리기 및 회전 룰렛 애니메이션 🎡

버튼을 누르면 숫자가 빠르게 돌아가다 점점 느려지며 최종 숫자가 결정되는 박진감 넘치는 코드입니다.

룰렛 회전 애니메이션

// 03.1-2 전자 주사위 스케치
const int led[8] = {12, 13, 7, 8, 9, 11, 10, 6}; // a,b,c,d,e,f,g,dp
const int BUTTON_PIN = 2;

// 0부터 9까지 7세그먼트 폰트 데이터
byte number[10][8] = {
  {1,1,1,1,1,1,0,0}, // 0
  {0,1,1,0,0,0,0,0}, // 1
  {1,1,0,1,1,0,1,0}, // 2
  {1,1,1,1,0,0,1,0}, // 3
  {0,1,1,0,0,1,1,0}, // 4
  {1,0,1,1,0,1,1,0}, // 5
  {1,0,1,1,1,1,1,0}, // 6
  {1,1,1,0,0,1,0,0}, // 7
  {1,1,1,1,1,1,1,0}, // 8
  {1,1,1,1,0,1,1,0}  // 9
};

void showNumber(int n) {
  for (int j = 0; j < 8; j++) {
    digitalWrite(led[j], number[n][j]);
  }
}

void setup() {
  for (int i = 0; i < 8; i++) pinMode(led[i], OUTPUT);
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);
  randomSeed(analogRead(A0)); // 난수 시드 초기화
  showNumber(0); // 시작할 때 0 표시
}

void loop() {
  // 버튼이 눌리면 주사위 굴리기 시작!
  if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW) {
    int finalNumber = 1;
    
    // 15회 동안 숫자가 회전하며 지연시간이 점차 증가 (감속 룰렛)
    for (int r = 0; r < 15; r++) {
      finalNumber = random(1, 7); // 1 ~ 6 임의 선택
      showNumber(finalNumber);
      delay(20 + r * 20); // 20ms에서 320ms까지 점차 지연
    }
    
    // 당첨 숫자 확정 깜빡임 (2회)
    for (int k = 0; k < 2; k++) {
      delay(250);
      for (int j = 0; j < 8; j++) digitalWrite(led[j], LOW);
      delay(250);
      showNumber(finalNumber);
    }
  }
}

🌟 도로시와 지니의 이번 시간 핵심 정리! 🏆

축하합니다! 완성도 높은 인터랙티브 전자 주사위를 성공적으로 제작했습니다.

전자 주사위 완성 축하

📋 핵심 요약 체크리스트

  • random(1, 7): 1부터 6까지 6개의 눈금을 공평하게 무작위로 추첨합니다.
  • randomSeed(analogRead(A0)): 미연결 아날로그 핀의 전자기 노이즈를 시드로 주입하여 의사 난수의 주기성을 극복했습니다.
  • 시간 지연 증가 애니메이션: delay(20 + r * 20) 루프를 통해 실제 물리 주사위가 굴러가다 멈추는 효과를 소프트웨어적으로 완벽 구현했습니다.

👧 도로시: “버튼을 누르니까 차르르륵 돌다가 6에 딱 멈췄어! 보드게임할 때 정말 인기 만점이겠어!”
🐱 지니: “멋져! 그런데 7-세그먼트는 전선이 8가닥이나 필요해서 선 연결이 복잡했지? 다음 시간에는 단 2개의 신호선으로 4자리 숫자를 시원하게 띄우는 ‘TM1637 4자리 세그먼트 모듈’을 배워보자!”

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