5.4 8x8ピクセルグラフィックス

LEDマトリクスは、低解像度のドットマトリクスディスプレイです。これは、模様表示のためにピクセルとして発光ダイオードの配列を使用しています。

これらは、屋外の日光でも見えるほど明るく、一部の店舗、広告板、サイン、および可変メッセージディスプレイ（公共交通機関の車両など）で見ることができます。

このキットで使用されているのは、16ピンを持つ8x8ドットマトリクスです。アノードは行に、カソードは列に接続されています（回路レベルで）、これにより、これら64個のLEDがまとめて制御されます。

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番目の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る必要があります。それ以降も同様です。 各行と列のペアを通る電流を制御することで、各LEDを個々に制御して文字や画像を表示できます。

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。

全体のキットを購入するのが便利です。リンクは以下です：

名前

このキットに含まれるアイテム

リンク

ケプラーキット

450+

Kepler Kit

以下のリンクから個別に購入することもできます。

SN

コンポーネント

数量

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

sch_ledmatrix

8x8ドットマトリクスは、2つの74HC595チップによって制御されています。一方が行を制御し、もう一方が列を制御しています。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ビットのバイナリ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に与えられ、残りの8ビットは列を制御する75HC595に与えられます。これにより、ドットマトリクスが特定のパターンを表示できます。

Q7': 一連の出力ピンで、複数の74HC595を一列に接続するために、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。

ステップ1: まず、ブレッドボードにPico W、LEDドットマトリクス、および2つの74HC595チップを挿入します。Pico Wの3.3VとGNDをボードの両側の穴に接続し、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画像では、ラベルがある側が下になっています。

wiring_ledmatrix_4

ステップ2: 2つの74HC595のピン11を一緒に接続し、次にGP20に接続します。次に、2つのチップのピン12をGP19に、次に、左側の74HC595のピン14をGP18に、ピン9を2番目の74HC595のピン14に接続します。

wiring_ledmatrix_3

ステップ3: 右側の74HC595は、LEDドットマトリクスの列を制御するためのものです。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、それぞれピン13、3、4、10、6、11、15、および16に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

wiring_ledmatrix_2

ステップ4: それでは、LEDドットマトリクスのROWを接続しましょう。左側の74HC595は、LEDドットマトリクスの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。見ての通り、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

  • kepler-kit-main/micropython のパスの下で 5.4_8x8_pixel_graphics.py ファイルを開くか、このコードをThonnyにコピーして、"Run Current Script"をクリックするか、F5キーを押すだけで実行できます。

  • 右下の"MicroPython (Raspberry Pi Pico)"インタプリタをクリックするのを忘れないでください。

  • 詳しいチュートリアルは、 コードを直接開いて実行する を参照してください。

import machine
import time

sdi = machine.Pin(18,machine.Pin.OUT)
rclk = machine.Pin(19,machine.Pin.OUT)
srclk = machine.Pin(20,machine.Pin.OUT)

glyph = [0xFF,0xBB,0xD7,0xEF,0xD7,0xBB,0xFF,0xFF]

# 74HC595にデータをシフト
def hc595_in(dat):
    for bit in range(7,-1, -1):
        srclk.low()
        time.sleep_us(30)
        sdi.value(1 & (dat >> bit))
        time.sleep_us(30)
        srclk.high()

def hc595_out():
    rclk.high()
    time.sleep_us(200)
    rclk.low()

while True:
    for i in range(0,8):
        hc595_in(glyph[i])
        hc595_in(0x80>>i)
        hc595_out()

プログラムを実行すると、8x8ドットマトリクスに x グラフィックが表示されます。

動作原理は？

ここでは、ドットマトリクスの行と列の信号を提供するために、2つの74HC595を使用しています。 信号を供給する方法は、前の章の hc595_shift(dat) と同じですが、違いはここでは一度に16ビットのバイナリ数を書き込む必要があることです。 したがって、 hc595_shift(dat) を二つの関数、 hc595_in(dat) と hc595_out() に分割しました。

def hc595_in(dat):
    for bit in range(7,-1, -1):
        srclk.low()
        time.sleep_us(30)
        sdi.value(1 & (dat >> bit))
        time.sleep_us(30)
        srclk.high()

def hc595_out():
    rclk.high()
    time.sleep_us(200)
    rclk.low()

次に、メインループで hc595_in(dat) を二回呼び出し、二つの8ビットのバイナリ数を書き込み、その後 hc595_out() を呼び出して、ドットマトリクスに特定のパターンを表示します。

ただし、ドットマトリクスのLEDは共通の極を使用しているため、同時に複数の行/複数の列を制御すると、お互いに干渉します（例えば、(1,1)と(2,2)を同時に点灯すると、(1,2)と(2,1)が必然的に一緒に点灯します）。 したがって、一度に一つの列（または一つの行）を活性化し、8回サイクルさせ、残像の原理を使用して、人の目で8つのパターンを統合し、8x8の情報量を含む一対のパターンを得る必要があります。

while True:
    for i in range(0,8):
        hc595_in(glyph[i])
        hc595_in(0x80>>i)
        hc595_out()

この例では、メイン関数は for ループをネストしており、 i が1のとき、最初の行だけが活性化される（制御線のチップが値 0x80 を取得する）と、最初の行の画像が書き込まれる。 i が2のとき、2行目が活性化され（制御線のチップが値 0x40 を取得する）と、2行目の画像が書き込まれる。そして、8つの出力を完了します。

ちなみに、4桁の7セグメントディスプレイのように、人の目によるちらつきを防ぐために、更新レートを維持する必要があります。そのため、メインループでの余分な sleep() はできるだけ避けるべきです。

もっと学ぶ

glyph を以下の配列に置き換えて、何が表示されるか確認してみてください！

glyph1 = [0xFF,0xEF,0xC7,0xAB,0xEF,0xEF,0xEF,0xFF]
glyph2 = [0xFF,0xEF,0xEF,0xEF,0xAB,0xC7,0xEF,0xFF]
glyph3 = [0xFF,0xEF,0xDF,0x81,0xDF,0xEF,0xFF,0xFF]
glyph4 = [0xFF,0xF7,0xFB,0x81,0xFB,0xF7,0xFF,0xFF]
glyph5 = [0xFF,0xBB,0xD7,0xEF,0xD7,0xBB,0xFF,0xFF]
glyph6 = [0xFF,0xFF,0xF7,0xEB,0xDF,0xBF,0xFF,0xFF]

もしくは、独自のグラフィックを描いてみてください。