NTP 時鐘 – Colorduino & 貪吃蛇

退伍後終於又可以回到熟悉的地方，經過一些該過的程序後繼續在 AppWorks 的實習。時至今日，退伍到現在也已經過了一個月，就用這篇 Colorduino 作為回歸的起頭，而接下來應該每個星期都會發佈新的分享。

回來後第一件事當然是延續我原本的 project – NTP 時鐘，當時還活在粉紅泡泡的我，以為這個 project 已經快到盡頭 (在上一篇還提到這個系列文章只剩兩到三篇分享)，在回來開工前跟 Bird 老爸吃飯的時候還天真地問說 NTP 時鐘做完我們下一個要做什麼？殊不知根本還早。

開工後，馬上 Bird 就給了我一個新玩具 – Colorduino。Colorduino 這個東西其實是由 Arduino 的 board 和一個 8×8 RGB LED matrix 組成。

而我用的就是這片 Funduino Colorduino 為基底，上面插上 RGB LED matrix (我一開始測試是用圓點陣，之後用方點陣)，而這片 board 上面的重要的東西：

• ATMega328
• DM163

ATMega328 是整片 Funduino 的核心，控制 DM163 的運作，也是控制 RGB LED 的陽極 (anode)，擁有 8 個 pin 腳，分別掌管 RGB LED 的 col；而 DM163 則是控制 RGB LED 的陰極 (cathode)，擁有 24 個 pin 腳，每一個 pin 腳相當於一個 register，每個 register 裡面有存在一組 RGB 的 PWM，即紅綠藍三色個別的亮度。

至於實際運作的方式是，ATMega328 和 DM163 搭配，利用 LED 成像的方式 (即掃描)，DM163 寫一次 (24 個 registers)，陽極第一個 col 開關一次，DM163 再寫一次，陽極第二個 col 再開關一次⋯⋯以此類推。

有了這些基本的認知後，接下來 Bird 就出了個小考題給我：

請問 Colorduino 沒有 USB interface 可以從我的 Mac 燒錄 program 進我 Colorduino 的晶片，要怎麼做才能和電腦連結做溝通？ hint : 使用 UART 作為媒介。

UART 是一種通訊的 protocol，Colorduino 上面有兩個 pin 腳分別是 TXD (transmit) 和 RXD (receive)，這兩隻腳就是用來做 UART 通訊的 pin 腳，不過即使知道了這個 hint，我用跳線接了兩隻腳出去也不知道要接哪裡，這就是 FTDI-FT232 登場的時機了。

FTDI-FT232 是一個 USB 轉 TTL 元件

這個元件上面的六隻腳分別為 VCC，GND，TXD，RXD，RTS，CTS 由此可見，可以用它當作與我的 Mac 和 Colorduino 中間傳輸的橋樑，跳線連接的方式為：

• • • FTDI RXD (接收) -> Colorduino TXD (傳送)
    • FTDI TXD (傳送) -> Colorduino RXD (接收)
    • FTDI 5V -> Colorduino VDD
    • FTDI GND -> Colorduino GND

所以說，這是一個 USB 轉 TTL (就是透過 FTDI-FT232 上面中間的那個小 IC 做到的)，再透過 UART 通訊 protocol 將訊號傳給 Colorduino 的故事。

提個外話：當時有個小疑問，那我之前在做瓦利號用單一個 Arduino board (直接 USB 連接電腦) 的時候為什麼都不用接 GND 和 VCC？因為 USB 其實裡面有四條線，其中兩條就是 VCC 和 GND (另外兩條 RTS 和 DTR 目前我無法理解，太複雜)。

完成與電腦連接的任務後，下一個任務當然就是燒個什麼東西進去讓他跑跑看，看 work 不 work。因此 Bird 要我先去了解別人在網路上寫的 Colorduino library 裡的 sample code，先去了解程式碼是怎麼運作的。

當然我這個 trouble maker，馬上又出事，程式碼燒錄不進去。各種嘗試後決定求救 Bird 的幫助，最後經過幾回合的試驗，Bird 決定換掉 FTDI-FT232 這個元件，把電腦和 Colorduino 中間的橋樑換成了 Arduino UNO (記得把 MCU 拆掉不然鐵定干擾)，原因待查。

P.S 後來有發現了一些蛛絲馬跡，原因 “可能是” FTDI-FT232 有 DTR (reset) 的訊號，但他沒有 DTR 的 pin 腳，所以訊號給不出來，也就給不了 Colorduino，(雖然後來又發現 Colorduino board 上本身有設計一個 reset 的 button，所以也不知道到底是不是因為這個問題導致)，另一方面可以確認的是，Arduino UNO 上有 reset pin 可以輸出，剛好可以接到 Colorduino 的 DTR pin 腳，最後終於燒錄成功。

• • • • Arduino RX to Colorduino RXD
      • Arduino TX to Colorduino TXD
      • Arduino Reset to Colorduino DTR
      • Arduino +5v and GND to Colorduino +5v and GND.

＊眼睛利的人可能有發現，為何在 FTDI-FT232 時是 TX->RX，RX->TX，而到了 Arduino UNO 的時候變成了 TX->TX，RX->RX，原因其實只是當初設計這些 IC 就是這樣設計的，而這些資訊也只能從 schematics 中得知。

燒錄成功後，發現顏色完全不對勁，經過了一番折騰後才將顏色調好 (表示我當時根本沒有完全了解程式碼的意義，而沒有了解程式碼的意義其實是因為我沒有完全懂 DM163 的運作)

Bird 在這裡提醒了我一次 : 你根本沒有完全懂他在幹麻。

簡單來說：DM163 有兩個 shift registers，一個 8 bits 用來控制 LED 的亮度 (0~255)，另一個 6 bits 用來做補償。參考資料：DM163 datasheet

搞定這些東西後，我開始餵一些 pattern 讓 pattern 順利的顯示在 LED board 上面，以為如此就想著要往下一步走，但 Bird 要我有個觀念：

要瞭解一個東西的最好方式就是不斷的“玩”它，當你可以隨心所欲地玩它才表示你夠了解他，比如說這個 RGB LED 可以做的事情太多了，你卻只餵他 pattern？現在你缺乏的是強烈的好奇心和觀察力。

剛好 Bird 老爸要出差一星期，我決定在 LED board 上面做個貪吃蛇的小遊戲，只是是一個沒有 input 的貪吃蛇。

原本以為貪吃蛇不難，的確在 software 的 IDE 上面，我用 C++ 寫 LOC 不過也才 100 到 150 行之間，但在這個上面完全不是一件容易的事，只要碰到硬體，一切都沒有想像中容易……(但我愛)

我想像中在 LED board 上的貪吃蛇，他碰到牆就會轉彎，吃到水果會長大，水果被吃掉後會有新的水果在一個新的隨機位置，長大後的身軀還是要照找遊戲邏輯碰到牆就轉彎，而我在實踐我的想法的過程中，在 “轉彎” 的部分遇到最多的麻煩，因為要界定蛇的每一節在每個時刻的某個位置，而且長大後的蛇還要照原先設定的規則，跟著路線神龍擺尾才行，以下是覺得比較關鍵的程式碼供大家參考：

	for (col = 0; col < 8; col++)
	{
	switch (col % 2)
	{
	case 0:// "even" col
	for (int row = 0 + repeat; row < 8 + repeat; row++)
	{
	switch (repeat)
	{
	.....//something doing here
	}
	}
	case 1:// "odd number" col
	for (int row = 7; row >= 0; row--)
	{
	switch (repeat)
	{
	.....//something doing here
	}
	}
	}
	}

view raw simple_snake_game_onLED.cpp hosted with ❤ by GitHub

以下的影片是 simple snake game 小小的 demo：

做完 Bird 也剛好回來了，迎接下一個挑戰！