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5.4 - Gráficos en Matriz de 8x8 Píxeles

La matriz de LEDs es una pantalla de baja resolución que utiliza una disposición de diodos emisores de luz como píxeles para mostrar patrones.

Son lo suficientemente brillantes como para ser visibles bajo la luz del sol y se pueden ver en tiendas, carteles, letreros y pantallas de mensajes variables (como las de vehículos de transporte público).

En este kit se utiliza una matriz de puntos de 8x8 con 16 pines. Sus ánodos están conectados en filas y los cátodos en columnas, lo cual permite controlar estos 64 LEDs de manera conjunta.

Para encender el primer LED, debes proporcionar un nivel alto en la Fila1 y un nivel bajo en la Columna1. Para encender el segundo LED, debes establecer un nivel alto en la Fila1 y un nivel bajo en la Columna2, y así sucesivamente. Controlando la corriente a través de cada par de filas y columnas, es posible controlar cada LED individualmente para mostrar caracteres o imágenes.

Componentes Necesarios

Para este proyecto, necesitamos los siguientes componentes.

Es muy conveniente adquirir un kit completo, aquí tienes el enlace:

Nombre

ITEMS EN ESTE KIT

LINK DE COMPRA

Kit Kepler

450+

Kepler Ultimate Kit

También puedes comprarlos por separado en los enlaces a continuación.

N°

INTRODUCCIÓN DEL COMPONENTE

CANTIDAD

LINK DE COMPRA

1

Conociendo el Pico W

1

COMPRAR

2

Cable Micro USB

1

3

Protoboard

1

COMPRAR

4

Cables de Puente (Jumpers)

Varios

COMPRAR

5

Matriz de LED

1

6

74HC595

2

COMPRAR

Esquema

sch_ledmatrix

La matriz de puntos de 8x8 es controlada por dos chips 74HC595, uno de ellos controla las filas y el otro las columnas, compartiendo ambos los pines G18~G20, lo que permite ahorrar significativamente los puertos I/O de la placa Pico W.

Pico W necesita emitir un número binario de 16 bits a la vez: los primeros 8 bits se asignan al 74HC595 que controla las filas y los últimos 8 bits al 74HC595 que controla las columnas, permitiendo que la matriz de puntos muestre un patrón específico.

Q7”: Pin de salida en serie, conectado al DS de otro 74HC595 para encadenar múltiples 74HC595 en serie.

Conexión

Construye el circuito. Dado que el cableado es complejo, vamos a realizarlo paso a paso.

Paso 1: Primero, inserta la Pico W, la matriz de LEDs y los dos chips 74HC595 en la protoboard. Conecta el 3.3V y GND de la Pico W a las ranuras de ambos lados de la protoboard, luego conecta el pin 16 y el 10 de ambos chips 74HC595 a VCC, y el pin 13 y el 8 a GND.

Nota

En la imagen de Fritzing anterior, el lado con la etiqueta está en la parte inferior.

wiring_ledmatrix_4

Paso 2: Conecta el pin 11 de ambos 74HC595 y luego a GP20; después, conecta el pin 12 de ambos chips a GP19; a continuación, el pin 14 del 74HC595 en el lado izquierdo a GP18 y el pin 9 al pin 14 del segundo 74HC595.

wiring_ledmatrix_3

Paso 3: El 74HC595 en el lado derecho es el que controla las columnas de la matriz de LEDs. Consulta la siguiente tabla para ver la correspondencia. Por lo tanto, los pines Q0-Q7 del 74HC595 están asignados a los pines 13, 3, 4, 10, 6, 11, 15 y 16, respectivamente.

74HC595

Q0

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

Q7

LED Dot Matrix

13

3

4

10

6

11

15

16

wiring_ledmatrix_2

Paso 4: Ahora conecta las filas de la matriz de LEDs. El 74HC595 en el lado izquierdo controla las filas de la matriz de LEDs. Consulta la tabla a continuación para ver la correspondencia. Podemos ver que Q0-Q7 del 74HC595 en el lado izquierdo están asignados a los pines 9, 14, 8, 12, 1, 7, 2 y 5, respectivamente.

74HC595

Q0

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

Q7

LED Dot Matrix

9

14

8

12

1

7

2

5

wiring_ledmatrix_1

Código

Nota

  • Puedes abrir el archivo 5.4_8x8_pixel_graphics.ino en la ruta kepler-kit-main/arduino/5.4_8x8_pixel_graphics.

  • O copia este código en el Arduino IDE.

  • No olvides seleccionar la placa (Raspberry Pi Pico) y el puerto correcto antes de hacer clic en el botón Upload.

Una vez que el programa esté en ejecución, verás una gráfica en forma de x en la matriz de puntos de 8x8.

¿Cómo funciona?

Aquí utilizamos dos 74HC595 para proporcionar señales a las filas y columnas de la matriz de puntos. El método de transmisión de señales es el mismo que en shiftOut() en los capítulos anteriores, con la diferencia de que aquí necesitamos escribir un número binario de 16 bits a la vez.

El bucle principal llama a shiftOut() dos veces, escribe dos números binarios de 8 bits y luego los envía al bus, permitiendo así que se muestre un patrón.

Sin embargo, dado que los LEDs en la matriz de puntos utilizan polos comunes, controlar varias filas o columnas al mismo tiempo puede provocar interferencias (por ejemplo, si (1,1) y (2,2) están encendidos al mismo tiempo, (1,2) y (2,1) también se iluminarán involuntariamente). Por lo tanto, es necesario activar una columna (o una fila) a la vez, realizar el ciclo 8 veces y utilizar el principio de postimagen para que el ojo humano perciba 8 patrones como un solo patrón con la información de una matriz de 8x8.

for(int num = 0; num <=8; num++)
{
   digitalWrite(STcp,LOW); // mantén ST_CP en bajo mientras se transmite
   shiftOut(DS,SHcp,MSBFIRST,datArray[num]);
   shiftOut(DS,SHcp,MSBFIRST,0x80>>num);
   // vuelve a poner en alto el pin de enganche para señalar al chip que
   // ya no necesita escuchar información
   digitalWrite(STcp,HIGH); // lleva ST_CP a alto para guardar los datos
}

En este ejemplo, la función principal anida un bucle for, y cuando i es 1, solo se activa la primera línea (el chip de la línea de control obtiene el valor 0x80) y se escribe la imagen de la primera línea. Cuando i es 2, se activa la segunda línea (el chip de la línea de control obtiene el valor 0x40) y se escribe la imagen de la segunda línea. Así sucesivamente, completando las 8 salidas.

Como en la pantalla de 7 segmentos de 4 dígitos, se debe mantener la tasa de refresco para evitar parpadeos percibidos por el ojo humano, por lo que se recomienda evitar el uso de sleep() en el bucle principal siempre que sea posible.

Aprende Más

Prueba reemplazar datArray con el siguiente arreglo y observa qué imágenes aparecen.

int datArray1[] = {0xFF,0xEF,0xC7,0xAB,0xEF,0xEF,0xEF,0xFF};
int datArray2[] = {0xFF,0xEF,0xEF,0xEF,0xAB,0xC7,0xEF,0xFF};
int datArray3[] = {0xFF,0xEF,0xDF,0x81,0xDF,0xEF,0xFF,0xFF};
int datArray4[] = {0xFF,0xF7,0xFB,0x81,0xFB,0xF7,0xFF,0xFF};
int datArray5[] = {0xFF,0xBB,0xD7,0xEF,0xD7,0xBB,0xFF,0xFF};
int datArray6[] = {0xFF,0xFF,0xF7,0xEB,0xDF,0xBF,0xFF,0xFF};

O bien, intenta dibujar tus propios gráficos.