.. note:: こんにちは！SunFounder Raspberry Pi & Arduino & ESP32 Enthusiasts Communityへようこそ！Facebookコミュニティで、Raspberry Pi、Arduino、ESP32について深く学び、愛好者と交流しましょう。 **なぜ参加するべきか？** - **専門的なサポート**: 購入後の問題や技術的な課題を、コミュニティやサポートチームと一緒に解決できます。 - **学びと共有**: ヒントやチュートリアルを交換し、スキルを向上させましょう。 - **最新情報の先行公開**: 新製品の発表やプレビューにいち早くアクセスできます。 - **特別割引**: 最新製品を特別価格で購入できます。 - **イベントやプレゼント企画**: さまざまなキャンペーンやプレゼント企画に参加できます。 👉 さあ、一緒に学び、創造しましょう！[|link_sf_facebook|] をクリックして、今すぐ参加！ .. _py_74hc_788bs: 5.4 8x8 LEDマトリックスでのグラフィック表示 =================================================================== このレッスンでは、 **Raspberry Pi Pico 2** と **74HC595シフトレジスタ2個** を使用して **8x8 LEDマトリックス** を制御する方法を学びます。各LEDを個別にコントロールすることで、パターンや簡単なグラフィックを表示できるようになります。 **必要なもの** 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。 すべてを一括で揃えるのに便利なキットはこちら： .. list-table:: :widths: 20 20 20 :header-rows: 1 * - 名称 - キット内容 - リンク * - Newton Lab Kit - 450点以上 - |link_newton_lab_kit| 個別に購入する場合は、以下のリンクを利用してください。 .. list-table:: :widths: 5 20 5 20 :header-rows: 1 * - SN - コンポーネント - 数量 - リンク * - 1 - :ref:`cpn_pico_2` - 1 - |link_pico2_buy| * - 2 - Micro USBケーブル - 1 - * - 3 - :ref:`cpn_breadboard` - 1 - |link_breadboard_buy| * - 4 - :ref:`cpn_wire` - 数本 - |link_wires_buy| * - 5 - :ref:`cpn_dot_matrix` - 1 - * - 6 - :ref:`cpn_74hc595` - 2 - |link_74hc595_buy| **8x8 LEDマトリックスの概要** 8x8 LEDマトリックスは、8行×8列に並んだ合計64個のLEDで構成されています。行と列に電圧を加えることで各LEDを個別に制御し、文字やパターンを表示できます。 このプロジェクトでは、 **74HC595シフトレジスタ2個** を使用してLEDマトリックスの行と列を制御し、少ないGPIOピンで多くの出力を管理します。 **回路図** |sch_ledmatrix| 8x8 LEDドットマトリックスは、 **2つの74HC595シフトレジスタ** によって制御されます。1つは行を、もう1つは列を制御します。これらのICは **GP18、GP19、GP20** の3つのGPIOピンを共有し、PicoのI/Oポートを節約します。 Raspberry Pi Picoは一度に16ビットのバイナリデータを出力し、最初の8ビットが行、次の8ビットが列を制御する仕組みになっています。 **Q7' (ピン9)**: 1つ目の74HC595のシリアルデータ出力ピンが、2つ目の74HC595の **DS (ピン14)** に接続されることで、シフトレジスタを連結できます。 **配線手順** 配線は少し複雑ですが、手順を追って進めましょう。 **Step 1:** まず、Pico、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の 3.3V と GND をブレッドボードの両サイドの穴に接続 し、その後、2つの74HC595の ピン16 と ピン10 を VCC に、 ピン13 と ピン8 を GND に接続します。 .. note:: 上記のFritzing画像では、ラベルのある側が下側になります。 |wiring_ledmatrix_4| **ステップ2:** 2つの74HC595の ピン11 を接続し、それをGP20に接続。続いて、ピン12をGP19に、 左側の74HC595の ピン14 をGP18に、ピン9を2つ目の74HC595のピン14に接続します。 |wiring_ledmatrix_3| **Step 3:** 右側の74HC595は、LEDドットマトリックスの列を制御します。 対応関係は下表のとおりです。そのため、74HC595の*Q0-Q7 ピンは、 それぞれ ピン13、3、4、10、6、11、15、16 に対応しています。 +--------------------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+ | **74HC595** | **Q0** | **Q1** | **Q2** | **Q3** | **Q4** | **Q5** | **Q6** | **Q7** | +--------------------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+ | **LED Dot Matrix** | **13** | **3** | **4** | **10** | **6** | **11** | **15** | **16** | +--------------------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+ |wiring_ledmatrix_2| **Step 4:** 次に、LEDドットマトリックスの ROW（行）を接続します。 左側の74HC595がLEDドットマトリックスの行を制御します。対応関係は下 表のとおりです。左側の74HC595のQ0-Q7ピンは、それぞれピン9、14、8、12、1、7、2、5に対応しています。 +--------------------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+ | **74HC595** | **Q0** | **Q1** | **Q2** | **Q3** | **Q4** | **Q5** | **Q6** | **Q7** | +--------------------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+ | **LED Dot Matrix** | **9** | **14** | **8** | **12** | **1** | **7** | **2** | **5** | +--------------------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+ |wiring_ledmatrix_1| **コードの記述** 次に、MicroPythonでLEDマトリックスにパターンを表示するプログラムを作成します。 .. note:: * ``5.4_8x8_pixel_graphics.py`` を ``newton-lab-kit/micropython`` から開くか、Thonnyにコードをコピーして「Run」をクリックするか、F5キーを押してください。 * インタプリタが MicroPython (Raspberry Pi Pico) COMxx に設定されていることを確認してください。 .. code-block:: python import machine import time # 74HC595シフトレジスタに接続するピンの定義 sdi = machine.Pin(18, machine.Pin.OUT) # シリアルデータ入力 rclk = machine.Pin(19, machine.Pin.OUT) # ストレージレジスタクロック（RCLK） srclk = machine.Pin(20, machine.Pin.OUT) # シフトレジスタクロック（SRCLK） # LEDマトリックスに「X」を表示するためのパターンデータ glyph = [0x7E, 0xBD, 0xDB, 0xE7, 0xE7, 0xDB, 0xBD, 0x7E] def hc595_in(dat): """ Shifts 8 bits of data into the 74HC595 shift register. """ for bit in range(7, -1, -1): srclk.low() sdi.value((dat >> bit) & 1) # ビット単位でデータを出力 srclk.high() time.sleep_us(1) # 短い遅延を入れてタイミングを調整 def hc595_out(): """ Latches the data from the shift register to the storage register, updating the outputs. """ rclk.high() rclk.low() while True: for i in range(8): hc595_in(glyph[i]) # 現在の行のカラムデータを送信 hc595_in(1 << i) # 該当の行をアクティブ化 hc595_out() # ディスプレイを更新 time.sleep_ms(1) # 視覚的な残像効果のための遅延 このコードを実行すると、8x8 LEDマトリックスに「X」の形が表示されます。LEDが点灯し、マトリックス上に「X」のパターンを形成します。 **コードの解説** #. モジュールのインポート: * ``machine``: GPIOピン制御などのハードウェア関連機能を提供 * ``time``: タイミング制御のための遅延処理に使用 #. ピンの定義: * ``sdi``: シフトレジスタにシリアルデータを送信 * ``rclk``: シフトレジスタのデータを出力ピンにラッチ * ``srclk``: 送信されたデータをシフトレジスタに移動 #. 「X」パターンの定義: * 各要素がLEDマトリックスの1行に対応 * 16進数値は、その行の点灯（0）・消灯（1）の状態を示す * これにより、対称的な「X」の形がマトリックス上に描画される .. code-block:: python glyph = [0x7E, 0xBD, 0xDB, 0xE7, 0xE7, 0xDB, 0xBD, 0x7E] #. ``hc595_in(dat)`` 関数: * 8ビットのデータ（ ``dat`` ）をシフトレジスタに順次送信 * 最上位ビット（MSB）から順に処理 * ``srclk`` ピンをトグルして各ビットをレジスタにシフト * ``sdi`` ピンが現在のビットの値に応じてHIGHまたはLOWを設定 .. code-block:: python def hc595_in(dat): """ Shifts 8 bits of data into the 74HC595 shift register. """ for bit in range(7, -1, -1): srclk.low() sdi.value((dat >> bit) & 1) # ビットごとにデータを送信 srclk.high() time.sleep_us(1) # 適切なタイミング調整 #. ``hc595_out()`` 関数: * シフトレジスタのデータをストレージレジスタにラッチ * ``rclk`` ピンの立ち上がりエッジでデータを出力ピンに適用 .. code-block:: python def hc595_out(): rclk.high() rclk.low() #. メインループ: * ループ内でディスプレイを高速に更新し、「X」パターンを維持 * ``for`` ループで各行（0～7）を順番に処理 * ``hc595_in(1 << i)`` により1行ずつアクティブ化 * ``hc595_in(glyph[i])`` で各行のカラムデータを送信 * ``hc595_out()`` でラッチし、マトリックスを更新 * ``time.sleep_ms(1)`` により各行を短時間表示し、視覚的に全体を同時点灯させる .. code-block:: python while True: for i in range(8): hc595_in(glyph[i]) # 現在の行のデータを送信 hc595_in(1 << i) # 行をアクティブにする hc595_out() # LEDマトリックスを更新 time.sleep_ms(1) # 視覚的残像のための遅延 **さらなる実験** * パターンの変更 以下のパターンデータに置き換えることで、異なるグラフィックを表示可能。 ``pattern_heart`` または ``pattern_smile`` をコード内で使用すると、異なる形状を描画できる。 .. code-block:: python # ハート形 pattern_heart = [ 0b11111111, 0b10011001, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b10000001, 0b11000011, 0b11100111 ] # スマイルフェイス pattern_smile = [ 0b11000011, # 行0 0b10111101, # 行1 0b01011010, # 行2 0b01111110, # 行3 0b01011010, # 行4 0b01100110, # 行5 0b10111101, # 行6 0b11000011 # 行7 ] * Animating the Display 複数のパターンを作成し、順番に切り替えてアニメーションを実現しましょう。 .. code-block:: python import machine import time # 74HC595シフトレジスタに接続するピンを定義 sdi = machine.Pin(18, machine.Pin.OUT) # シリアルデータ入力 rclk = machine.Pin(19, machine.Pin.OUT) # レジスタクロック（ラッチ） srclk = machine.Pin(20, machine.Pin.OUT) # シフトレジスタクロック # ハートの形 pattern_heart = [ 0b11111111, 0b10011001, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b10000001, 0b11000011, 0b11100111 ] # スマイルフェイス pattern_smile = [ 0b11000011, # 行0 0b10111101, # 行1 0b01011010, # 行2 0b01111110, # 行3 0b01011010, # 行4 0b01100110, # 行5 0b10111101, # 行6 0b11000011 # 行7 ] def hc595_in(dat): """ Shift 8 bits of data into the 74HC595 shift register. """ for bit in range(7, -1, -1): srclk.low() # データのシフト準備 sdi.value((dat >> bit) & 1) # データビットをセット srclk.high() # データをシフトレジスタへ送信 time.sleep_us(1) # 短い遅延でタイミング調整 def hc595_out(): """ Latch the shifted data to the output pins of the 74HC595. """ rclk.high() # データをラッチ（立ち上がりエッジ） rclk.low() # 次のデータ送信準備 def display_pattern(pattern): """ Display a given 8x8 pattern on the LED matrix. """ for _ in range(500): # 一定時間パターンを表示 for i in range(8): hc595_in(pattern[i]) # 現在の行のカラムデータを送信 hc595_in(1 << i) # 該当の行をアクティブ化 hc595_out() # 出力を更新 time.sleep_ms(1) # 視覚的な持続効果のための遅延 while True: display_pattern(pattern_heart) # ハートの形を表示 display_pattern(pattern_smile) # スマイルフェイスを表示 * Design Your Own Patterns 各バイトはLEDマトリックスの1行を表し、ビットが0の箇所が点灯します。独自のパターンリストを作成して、オリジナルのデザインを作りましょう。 **Conclusion** このレッスンでは、Raspberry Pi Pico 2と2つの74HC595シフトレジスタを使用して、8x8 LEDマトリックスを制御する方法を学びました。 ビット操作やシフトレジスタの活用方法を理解することで、マトリックス上にパターンやグラフィックを自由に表示できるようになります。