1.1.6 LEDドットマトリックス

前書き

名前が示すように、LEDドットマトリックスはLEDで構成されるマトリックスである。LEDの点灯と調光は、さまざまな文字とパターンを形成する。

部品

_images/list_dot.png

原理

LEDドットマトリックス

一般に、LEDドットマトリックスは、cathode (CC)とcommon anode (CA)の2つのタイプに分類できる。見た目は似ているが、内部的には違いがある。テストを行うとすぐに分かる。このキットではCAが使用される。側面に788BSというラベルが付いている。

下の図を参照してください。ピンは背面の両端に配置されている。ラベル側を参考にしてください。この端のピンはピン1〜8で、もう一方のピンはピン9〜16である。

外部ビュー：

_images/image84.png

図の下に内部構造を示している。CA LEDドットマトリックスが見える。ROWはLEDのアノードを表し、COLはカソードを表す。CCの場合は逆である。共通点が1つある：両方のタイプで、ピン13、3、4、10、6、11、15、および16はすべてCOLである。ピン9、14、8、12、1、7、2、および5がすべてROWである。左上隅の最初のLEDをオンにする場合、CA LEDドットマトリックスに対して、ピン9をHigh、ピン13をLowに設定し、CC 1に対して、ピン13をHighに、ピン9をLowに設定する。CAの最初の列全体を点灯させる場合は、ピン13をLowに、行9、14、8、12、1、7、2、および5をHighに設定するCCの場合、ピン13をHighに、行9、14、8、12、1、7、2、および5をLowに設定する。理解を深めるために、次の図を検討してください。

内部ビュー：

_images/image85.png

上記の行と列に対応するピン番号：

COL

1

2

3

4

5

6

7

8

Pin No.

13

3

4

10

6

11

15

16

ROW

1

2

3

4

5

6

7

8

Pin No.

9

14

8

12

1

7

2

5

さらに、2つの74HC595チップがここで使用されている。1つはLEDドットマトリックスの行を制御し、もう1つは列を制御する。

回路図

T-Board Name

physical

wiringPi

BCM

GPIO17

Pin 11

0

17

GPIO18

Pin 12

1

18

GPIO27

Pin 13

2

27
_images/schematic_dot.png

実験手順

ステップ1: 回路を作る。配線が複雑なので、段階的に作りましょう。まず、T-Cobbler、LEDドットマトリックス、および2つの74HC595チップをブレッドボードに挿入する。 T-Cobblerの3.3Vと接地をボードの両側の穴に接続し、2つの74HC595チップのピン16と10をVCCに、ピン13とピン8を接地に接続する。

注釈

上のFritzing画像では、ラベルのある側が下にある。

_images/image87.png

ステップ2: 2つの74HC595のピン11を一緒に接続し、GPIO27に接続する。 次に、2つのチップのピン12を一緒に接続し、GPIO18に接続する。 それから左側の74HC595のピン14をGPIO17に、ピン9を2番目の74HC595のピン14に接続する。

_images/image88.png

ステップ3: 右側の74HC595は、LEDドットマトリックスの列を制御する。 マッピングについては、以下の表を参照してください。 したがって、74HC595のQ0〜Q7ピンは、それぞれピン13、3、4、10、6、11、15、および16にマップされる。

74HC595

Q0

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

Q7

LED Dot Matrix

13

3

4

10

6

11

15

16
_images/image89.png

ステップ4: 次に、LEDドットマトリックスの行を接続する。左側の74HC595はLEDドットマトリックスの行を制御する。 マッピングについては、以下の表を参照してください。左側の74HC595のQ0〜Q7は、それぞれピン9、14、8、12、1、7、2、および5にマッピングされていることは分かった。

74HC595

Q0

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

Q7

LED Dot Matrix

9

14

8

12

1

7

2

5
_images/image90.png

C言語ユーザー向け

ステップ5: コードのフォルダーに移動する。

cd /home/pi/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/1.1.6/

ステップ6: コンパイルする。

gcc 1.1.6_LedMatrix.c -lwiringPi

ステップ7: 実行する。

sudo ./a.out

コードの実行後、LEDドットマトリックスが行ごとに、列ごとに点灯したり消灯したりする。

コード

#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>

#define   SDI   0   //serial data input
#define   RCLK  1   //memory clock input(STCP)
#define   SRCLK 2   //shift register clock input(SHCP)

unsigned char code_H[20] = {0x01,0xff,0x80,0xff,0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff};
unsigned char code_L[20] = {0x00,0x7f,0x00,0xfe,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};

void init(void){
   pinMode(SDI, OUTPUT);
   pinMode(RCLK, OUTPUT);
   pinMode(SRCLK, OUTPUT);

   digitalWrite(SDI, 0);
   digitalWrite(RCLK, 0);
   digitalWrite(SRCLK, 0);
}

void hc595_in(unsigned char dat){
   int i;
   for(i=0;i<8;i++){
      digitalWrite(SDI, 0x80 & (dat << i));
      digitalWrite(SRCLK, 1);
      delay(1);
      digitalWrite(SRCLK, 0);
   }
}

void hc595_out(){
   digitalWrite(RCLK, 1);
   delay(1);
   digitalWrite(RCLK, 0);
}

int main(void){
   int i;
   if(wiringPiSetup() == -1){ //when initialize wiring failed, print message to screen
      printf("setup wiringPi failed !");
      return 1;
   }
   init();
   while(1){
      for(i=0;i<sizeof(code_H);i++){
            hc595_in(code_L[i]);
            hc595_in(code_H[i]);
            hc595_out();
            delay(100);
      }

      for(i=sizeof(code_H);i>=0;i--){
            hc595_in(code_L[i]);
            hc595_in(code_H[i]);
            hc595_out();
            delay(100);
      }
   }

   return 0;
}

Code Explanation

unsigned char code_H[20] = {0x01,0xff,0x80,0xff,0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff};
unsigned char code_L[20] = {0x00,0x7f,0x00,0xfe,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};

配列code_HはLEDドットマトリックス行の要素を表し、配列code_Lは列の要素を表す。 文字が表示されると、行の要素と列の要素が取得され、それぞれ2つのHC595チップに割り当てられる。 したがって、パターンはLEDドットマトリックスに表示される。例として、code_Hの最初の数字0x01とcode_Lの最初の数字0x00を取り上げる。

二進法に変換された0x01は00000001になり、二進法に変換された0x00は0000 0000になる。

このキットでは、アノードコモンLEDドットマトリックスディスプレイが適用されるため、 8列目の8つのLEDのみが点灯する。コードHが0xffで、code_Lが0x7fであるという条件が同時に満たされると、最初の列のこれら8つのLEDが点灯する。

_images/anode_table.png 
void hc595_in(unsigned char dat){
   int i;
   for(i=0;i<8;i++){
      digitalWrite(SDI, 0x80 & (dat << i));
      digitalWrite(SRCLK, 1);
      delay(1);
      digitalWrite(SRCLK, 0);

HC 595ビットのピンSDIにビット単位でDATの値を書き込みます。SRCLKの初期値は0に設定され、ここで1がセットされ、立ち上がりエッジパルスを生成し、次にPHSDI（DS）の日付をシフトレジスタにシフトさせる。

void hc595_out(){
   digitalWrite(RCLK, 1);
   delay(1);
   digitalWrite(RCLK, 0);

RCLKの初期値は元々に0に設定されていたが、ここでは1に設定されている。これは、立ち上がりエッジパルスを生成し、データーをシフトレジスタからストレージレジスターにシフトする。

while(1){
   for(i=0;i<sizeof(code_H);i++){
      hc595_in(code_L[i]);
      hc595_in(code_H[i]);
      hc595_out();
      delay(100);
   }
}

このループでは、2つの配列code_Lおよびcode_Hのこれらの20個の要素が2つの74HC595チップに1つずつアップロードされる。次に、関数hc595_out()を呼び出して、データをシフトレジスタからストレージレジスタにシフトする。

Python言語ユーザー向け

ステップ5: コードのフォルダーに入る。

cd /home/pi/davinci-kit-for-raspberry-pi/python

ステップ6: 実行する。

sudo python3 1.1.6_LedMatrix.py

コードの実行後、LEDドットマトリックスが行ごとに、列ごとに点灯したり消灯したりする。

コード

注釈

以下のコードを 変更/リセット/コピー/実行/停止 できます。 ただし、その前に、 davinci-kit-for-raspberry-pi/python のようなソースコードパスに移動する必要があります。

import RPi.GPIO as GPIO
import time

SDI   = 17
RCLK  = 18
SRCLK = 27

# we use BX matrix, ROW for anode, and COL for cathode
# ROW  ++++
code_H = [0x01,0xff,0x80,0xff,0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff]
# COL  ----
code_L = [0x00,0x7f,0x00,0xfe,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f]

def setup():
   GPIO.setmode(GPIO.BCM)    # Number GPIOs by its BCM location
   GPIO.setup(SDI, GPIO.OUT)
   GPIO.setup(RCLK, GPIO.OUT)
   GPIO.setup(SRCLK, GPIO.OUT)
   GPIO.output(SDI, GPIO.LOW)
   GPIO.output(RCLK, GPIO.LOW)
   GPIO.output(SRCLK, GPIO.LOW)

# Shift the data to 74HC595
def hc595_shift(dat):
   for bit in range(0, 8):
      GPIO.output(SDI, 0x80 & (dat << bit))
      GPIO.output(SRCLK, GPIO.HIGH)
      time.sleep(0.001)
      GPIO.output(SRCLK, GPIO.LOW)
   GPIO.output(RCLK, GPIO.HIGH)
   time.sleep(0.001)
   GPIO.output(RCLK, GPIO.LOW)

def main():
   while True:
      for i in range(0, len(code_H)):
            hc595_shift(code_L[i])
            hc595_shift(code_H[i])
            time.sleep(0.1)

      for i in range(len(code_H)-1, -1, -1):
            hc595_shift(code_L[i])
            hc595_shift(code_H[i])
            time.sleep(0.1)

def destroy():
   GPIO.cleanup()

if __name__ == '__main__':
   setup()
   try:
      main()
   except KeyboardInterrupt:
      destroy()

コードの説明

code_H = [0x01,0xff,0x80,0xff,0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff]
code_L = [0x00,0x7f,0x00,0xfe,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f]

配列code_Hはmatix行の要素を表し、配列code_Lは列の要素を表す。文字が表示されると、行の要素と列の要素が取得され、それぞれ2つのHC595チップに割り当てられる。したがって、パターンはLEDドットマトリックスに表示される。例として、code_Hの最初の数字0x01とcode_Lの最初の数字0x00を取り上げる。

二進法に変換された0x01は00000001になり、二進法に変換された0x00は0000 0000になる。

このキットでは、アノードコモンLEDドットマトリックスが適用されるため、8行目の8つのLEDのみが点灯する。コードHが0xffで、code_Lが0x7fであるという条件が同時に満たされると、最初の列のこれら8つのLEDが点灯する。

_images/anode_table.png 
for i in range(0, len(code_H)):
   hc595_shift(code_L[i])
   hc595_shift(code_H[i])

このループでは、2つの配列code_Lおよびcode_Hのこれらの20個の要素が2つのHC595チップに1つずつアップロードされる。

注釈

LEDドットマトリックスに文字を表示する場合は、Pythonコードを参照してください： https://github.com/sunfounder/SunFounder_Dot_Matrix.

現象画像

_images/image91.jpeg