1.1.6 LEDドットマトリックス¶
はじめに¶
その名前からも分かるように、LEDドットマトリックスはLEDで構成されたマトリックスです。 LEDの点灯と消灯によって、異なる文字やパターンを形成します。
必要なコンポーネント¶
このプロジェクトでは、以下のコンポーネントが必要です。
原理¶
LEDドットマトリックス
一般的に、LEDドットマトリックスは2つのタイプに分類されます：共通陰極（CC）と共通陽極（CA）。外観は似ていますが、内部に違いがあります。テストで区別できます。このキットではCAタイプが使用されています。サイドにラベル「788BS」と表示されています。
以下の図をご覧ください。ピンは背面の2つの端に配置されています。ラベル側を参照してください：この端のピンはピン1から8で、もう一方はピン9から16です。
外部ビュー：
以下の図は内部構造を示しています。CA LEDドットマトリックスでは、ROWはLEDの陽極を表し、COLは陰極です。CCの場合は逆です。共通点は、両方のタイプともに、ピン13、3、4、10、6、11、15、16がすべてCOLであり、ピン9、14、8、12、1、7、2、5がすべてROWであることです。左上隅の最初のLEDを点灯させたい場合、CA LEDドットマトリックスの場合、ピン9をHighに設定してピン13をLowに、CCの場合はピン13をHighに設定してピン9をLowにします。最初の列全体を点灯させたい場合、CAの場合、ピン13をLowにし、ROW 9、14、8、12、1、7、2、5をHighに設定し、CCの場合、ピン13をHighにし、ROW 9、14、8、12、1、7、2、5をLowに設定します。理解を深めるために、以下の図を参考にしてください。
内部ビュー：
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、ここでは2つの74HC595チップを使用しています。1つはLEDドットマトリックスの行を制御し、もう1つは列を制御します。
回路図¶
T-Board Name |
physical |
wiringPi |
BCM |
GPIO17 |
Pin 11 |
0 |
17 |
GPIO18 |
Pin 12 |
1 |
18 |
GPIO27 |
Pin 13 |
2 |
27 |
実験手順¶
ステップ1: 回路を組み立てます。配線が複雑なので、ステップバイステップで進めましょう。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します。T-Cobblerの3.3VとGNDをボードの両側の穴に接続し、次に2つの74HC595チップのピン16と10をVCCに、ピン13とピン8をGNDに接続します。
注釈
上記のFritzingイメージでは、ラベルが下にある側です。
ステップ2: 2つの74HC595のピン11を一緒に接続し、次にGPIO27に接続します。次に、2つのチップのピン12を接続し、GPIO18に接続します。その後、左側の74HC595のピン14をGPIO17に、ピン9を2番目の74HC595のピン14に接続します。
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します。以下のテーブルを参照してマッピングを確認してください。したがって、74HC595のQ0-Q7ピンは、ピン13、3、4、10、6、11、15、16とそれぞれマッピングされています。
74HC595 |
Q0 |
Q1 |
Q2 |
Q3 |
Q4 |
Q5 |
Q6 |
Q7 |
LED Dot Matrix |
13 |
3 |
4 |
10 |
6 |
11 |
15 |
16 |
ステップ4: さて、LEDドットマトリックスのROWを接続します。左側の74HC595がLEDドットマトリックスのROWを制御します。以下のテーブルを参照してマッピングを確認してください。左側の74HC595のQ0-Q7は、ピン9、14、8、12、1、7、2、5とそれぞれマッピングされています。
74HC595 |
Q0 |
Q1 |
Q2 |
Q3 |
Q4 |
Q5 |
Q6 |
Q7 |
LED Dot Matrix |
9 |
14 |
8 |
12 |
1 |
7 |
2 |
5 |
ステップ5: コードファイルを開きます。
cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5
ステップ6: 実行します。
sudo python3 1.1.6_led_dot_matrix_zero.py
コードを実行すると、LEDドットマトリックスが一列ずつ点灯し、列ごとに消灯します。
コード
注釈
以下のコードは 変更/リセット/コピー/実行/停止 することができます。ただし、それを行う前に「davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5」というソースコードのパスに移動する必要があります。コードを変更した後、そのまま実行して効果を確認できます。問題がないことを確認したら、修正されたコードをコピーするためのCopyボタンを使用し、ターミナルで「nano」コマンドを使用してソースコードを開き、コードを貼り付けることができます。
#!/usr/bin/env python3
from gpiozero import OutputDevice
from time import sleep
# Define GPIO pins connected to the 74HC595 shift register
SDI = OutputDevice(17) # Serial Data Input
RCLK = OutputDevice(18) # Register Clock
SRCLK = OutputDevice(27) # Shift Register Clock
# Define patterns for matrix display; ROWs are anodes (+), COLs are cathodes (-)
# Pattern for ROWs (anode signals)
code_H = [0x01, 0xff, 0x80, 0xff, 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff]
# Pattern for COLs (cathode signals)
code_L = [0x00, 0x7f, 0x00, 0xfe, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xfe, 0xfd, 0xfb, 0xf7, 0xef, 0xdf, 0xbf, 0x7f]
# Shift data to 74HC595
def hc595_shift(dat):
""" Shift data to the 74HC595 shift register for displaying on the matrix. """
for i in range(8):
# Set SDI value and trigger shift register clock
SDI.value = 0x80 & (dat << i)
SRCLK.on()
SRCLK.off()
# Trigger register clock to update display
RCLK.on()
sleep(0.001)
RCLK.off()
def main():
""" Main loop for cycling through display patterns. """
while True:
# Cycle through patterns in ascending order
for i in range(len(code_H)):
hc595_shift(code_L[i])
hc595_shift(code_H[i])
sleep(0.1)
# Cycle through patterns in descending order
for i in range(len(code_H)-1, -1, -1):
hc595_shift(code_L[i])
hc595_shift(code_H[i])
sleep(0.1)
# Run main loop, handle keyboard interrupt gracefully
try:
main()
except KeyboardInterrupt:
pass
コードの説明
このスニペットは、プロジェクトのために必要なクラスをインポートします。
gpiozeroからのOutputDeviceは、GPIOピンに接続されたハードウェアコンポーネントを制御するために使用され、timeからのsleepは遅延を追加するために使用されます。#!/usr/bin/env python3 from gpiozero import OutputDevice from time import sleep
このセクションでは、74HC595シフトレジスタに接続されたGPIOピンを初期化します。
SDIはシリアルデータ入力、RCLKはレジスタクロック、SRCLKはシフトレジスタクロックです。これらのピンはデータをレジスタにシフトし、LEDマトリクスの表示を制御するために使用されます。# 74HC595シフトレジスタに接続されたGPIOピンを定義 SDI = OutputDevice(17) # シリアルデータ入力 RCLK = OutputDevice(18) # レジスタクロック SRCLK = OutputDevice(27) # シフトレジスタクロック
code_Hとcode_Lは、LEDマトリクスの行（陽極）と列（陰極）を制御するための2進パターンを定義します。これらの配列の各要素は、マトリクス内のどのLEDがオンまたはオフになるかを制御する2進パターンを表します。# マトリクス表示のためのパターンを定義します。行は陽極（+）、列は陰極（-）です。 # 行のパターン（陽極信号） code_H = [0x01, 0xff, 0x80, 0xff, 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff] # 列のパターン（陰極信号） code_L = [0x00, 0x7f, 0x00, 0xfe, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xfe, 0xfd, 0xfb, 0xf7, 0xef, 0xdf, 0xbf, 0x7f]
この関数は、バイトデータ（
dat）を74HC595シフトレジスタにシフトします。バイト内の各ビットに対して、ビット値に基づいてSDIピンを高または低に設定し、ビットをレジスタにシフトするためにSRCLKピンをトグルさせます。すべてのビットがシフトされた後、LEDマトリクスの表示を更新するためにRCLKピンをトグルさせます。# データを74HC595にシフト def hc595_shift(dat): """ マトリクスに表示するためのデータを74HC595シフトレジスタにシフトします。 """ for i in range(8): # SDIの値を設定してシフトレジスタクロックをトリガー SDI.value = 0x80 & (dat << i) SRCLK.on() SRCLK.off() # レジスタクロックをトリガーして表示を更新 RCLK.on() sleep(0.001) RCLK.off()
メイン関数には、LEDマトリクスの事前定義されたパターンを無限ループで循環させるコードが含まれています。
hc595_shift関数を使用してシフトレジスタに行と列のパターン（code_Hとcode_L）を送信し、昇順で最初に、次に降順で表示を作成します。def main(): """ 表示パターンを循環させるためのメインループ。 """ while True: # 昇順でパターンを循環させます for i in range(len(code_H)): hc595_shift(code_L[i]) hc595_shift(code_H[i]) sleep(0.1) # 降順でパターンを循環させます for i in range(len(code_H)-1, -1, -1): hc595_shift(code_L[i]) hc595_shift(code_H[i]) sleep(0.1)
このセグメントは、プログラムがキーボード割り込み（Ctrl+C）を使用して中断できるようにします。メインループを中断する際に急激な停止やリソースの漏洩が発生しないようにします。
# メインループを実行し、キーボード割り込みを丁寧に処理します try: main() except KeyboardInterrupt: pass