5.4 - 8x8 ピクセルグラフィックス¶

EDマトリックスは低解像度のドットマトリックスディスプレイです。これは、パターン表示のためのピクセルとして発光ダイオード（LED）の配列を使用します。

これらは屋外の日光でも十分に明るく見え、店舗、広告看板、標識、そして公共交通機関の可変メッセージディスプレイ（例えばバスや電車など）でよく見られます。

このキットでは、16ピンを持つ8x8ドットマトリックスが使用されています。アノードは行に、カソードは列に接続されており（回路レベルで）、これらの64個のLEDをまとめて制御します。

最初のLEDを点灯させるには、Row1に高レベルを、Col1に低レベルを供給する必要があります。2つ目のLEDを点灯させるには、Row1に高レベル、Col2に低レベルを供給すればよく、以降も同様です。行と列の各ペアに流れる電流を制御することで、各LEDは個々に文字や画像を表示するために制御できます。

必要な部品

このプロジェクトで必要な部品は以下の通りです。

一式を購入するのが確実に便利です、そのリンクはこちらです：

名前	このキットに含まれるアイテム	購入リンク
Kepler Kit	450以上	Kepler Kit

以下のリンクから個々に購入することも可能です。

SN	コンポーネントの説明	個数	購入リンク
1	Raspberry Pi Pico W	1	BUY
2	Micro USBケーブル	1
3	ブレッドボード	1	BUY
4	ジャンパーワイヤー	数本	BUY
5	LEDドットマトリクス	1
6	74HC595	2	BUY

回路図

この8x8ドットマトリックスは、2つの74HC595チップによって制御されています。1つは行を、もう1つは列を制御しています。また、これら2つのチップはG18~G20を共有しており、これによりPico WボードのI/Oポートを大幅に節約できます。

Pico Wは一度に16ビットの2進数を出力する必要があります。最初の8ビットは行を制御する74HC595に、残りの8ビットは列を制御する74HC595に与えられ、このようにしてドットマトリックスは特定のパターンを表示できます。

Q7': シリーズ出力ピンで、複数の74HC595をシリーズ接続するために別の74HC595のDSに接続されます。

配線

回路を組み立てましょう。配線が複雑なので、ステップバイステップで進めます。

ステップ1: まず、Pico W、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。Pico Wの3.3VとGNDをボードの両側の穴に接続し、2つの74HC595チップのpin16とpin10をVCCに、pin13とpin8をGNDに接続します。

注釈

上のFritzing画像では、ラベルがある側は下です。

wiring_ledmatrix_4

ステップ2: 2つの74HC595のpin11を接続し、次にGP20に接続します。次に、2つのチップのpin12をGP19に接続します。次に、左側の74HC595のpin14をGP18に、pin9を2つ目の74HC595のpin14に接続します。

wiring_ledmatrix_3

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ためです。以下の表でマッピング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、pin13、3、4、10、6、11、15、および16とマッピングされます。

74HC595	Q0	Q1	Q2	Q3	Q4	Q5	Q6	Q7
LED Dot Matrix	13	3	4	10	6	11	15	16

wiring_ledmatrix_2

ステップ4: 今度は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。以下の表でマッピングを参照してください。Q0-Q7の74HC595はそれぞれ、pin9、14、8、12、1、7、2、5とマッピングされます。

74HC595	Q0	Q1	Q2	Q3	Q4	Q5	Q6	Q7
LED Dot Matrix	9	14	8	12	1	7	2	5

wiring_ledmatrix_1

コード

注釈

ファイル 5.4_8x8_pixel_graphics.ino を kepler-kit-main/arduino/5.4_8x8_pixel_graphics のパスで開くことができます。
または、このコードを Arduino IDE にコピペしてください。
ボード（Raspberry Pi Pico）と正確なポートを選択したら、 Upload ボタンをクリックする前に忘れずに設定してください。

プログラムが実行されると、8x8ドットマトリックスに「X」グラフィックが表示されます。

動作原理

ここでは2つの74HC595を使用して、ドットマトリックスの行と列に信号を供給します。信号の供給方法は前の章の shiftOut() と同じですが、ここでは一度に16ビットの2進数を書き込む必要があります。

メインループは shiftOut() を2回呼び出し、2つの8ビットの2進数を書き込んでバスに出力します。これにより、特定のパターンが表示されます。

ただし、ドットマトリックス内のLEDは共通の極を使用しているため、複数の行/列を同時に制御すると互いに干渉します（例えば、(1,1)と(2,2)が同時に点灯すると、(1,2)と(2,1)も必然的に点灯します）。したがって、一度に1つの列（または1つの行）を活性化し、8回のサイクルを行い、残像原理を使用して人間の目で8つのパターンをマージさせる必要があります。

for(int num = 0; num <=8; num++)
{
   digitalWrite(STcp,LOW); //ground ST_CP and hold low for as long as you are transmitting
   shiftOut(DS,SHcp,MSBFIRST,datArray[num]);
   shiftOut(DS,SHcp,MSBFIRST,0x80>>num);
   //return the latch pin high to signal chip that it
   //no longer needs to listen for information
   digitalWrite(STcp,HIGH); //pull the ST_CPST_CP to save the data
}

この例では、メイン関数は for ループをネストしています。 i が1のとき、最初の行だけが活性化され（制御ラインのチップが 0x80 の値を取得し）、最初の行の画像が書き込まれます。 i が2のとき、2行目が活性化され（制御ラインのチップが 0x40 の値を取得し）、2行目の画像が書き込まれます。これを8回繰り返して出力を完了します。

ちなみに、4桁の7セグメントディスプレイと同様に、人間の目によるちらつきを防ぐためにリフレッシュレートを維持する必要があり、メインループ内の余分な sleep() はできるだけ避けるべきです。

もっと学ぶ

datArray を以下の配列に置き換えて、どのような画像が表示されるか試してみてください！

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};

または、独自のグラフィックを描いてみてください。