.. note::

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.. _1.1.6_c:

1.1.6 Module Matrice à LED
==================================

Introduction
--------------------

Dans ce projet, vous allez découvrir le module de matrice à LED. Ce module utilise le driver MAX7219 pour piloter la matrice de LED 8 x 8.

Composants nécessaires
------------------------------

Dans ce projet, nous avons besoin des composants suivants.

.. image:: ../img/list_dot.png

Il est certainement pratique d'acheter un kit complet, voici le lien :

.. list-table::
    :widths: 20 20 20
    :header-rows: 1

    *   - Name	
        - ITEMS IN THIS KIT
        - LINK
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

Vous pouvez également les acheter séparément via les liens ci-dessous.

.. list-table::
    :widths: 30 20
    :header-rows: 1

    *   - INTRODUCTION DES COMPOSANTS
        - LIEN D'ACHAT

    *   - :ref:`cpn_gpio_extension_board`
        - |link_gpio_board_buy|
    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_dot_matrix`
        - |link_led_matrix_buy|

Schéma de câblage
-----------------------

============ ======== ======== ====
Nom T-Board  Physique wiringPi BCM
SPIMOSI      Pin 19   12       MOSI
SPICE0       pin 24   10       CE0
SPISCLK      Pin 23   14       SCLK
============ ======== ======== ====

.. image:: ../img/schematic_dot.png

Procédures expérimentales
----------------------------

**Étape 1 :** Construisez le circuit. 

.. image:: ../img/1.1.6fritzing.png

**Étape 2:** Activez le SPI avant de commencer l'expérience, référez-vous à :ref:`spi_configuration` pour les détails.

**Étape 3:** Accédez au dossier du code.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    cd ~/raphael-kit/c/1.1.6/

**Étape 4:** Compilez le code.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    make

**Étape 5:** Exécutez le fichier exécutable.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo ./1.1.6_LedMatrix

Après l'exécution du code, la matrice de LED affiche les chiffres de 0 à 9 et les lettres de A à Z en séquence.

.. note::

    Si cela ne fonctionne pas après l'exécution, ou s'il y a une erreur : \"wiringPi.h: No such file or directory\", veuillez vous référer à :ref:`install_wiringpi`.

**Code**

.. code-block:: c

    #include <wiringPi.h>
    #include <wiringPiSPI.h>
    #include <stdio.h>

    #define SPI_CHANNEL    0           // Define SPI channel (0 or 1)
    #define SPI_SPEED      1000000     // SPI speed set to 1 MHz

    // Function to write data to a MAX7219 register
    void max7219_write(unsigned char address, unsigned char data) {
        unsigned char buffer[2];
        buffer[0] = address;   // Register address to write to
        buffer[1] = data;      // Data to write into the register
        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 2);  // Send data via SPI
    }

    // Function to initialize the MAX7219 display module
    void max7219_init() {
        max7219_write(0x09, 0x00); // Decode Mode: No decoding for digits (useful for 7-segment displays)
        max7219_write(0x0A, 0x03); // Intensity: Set brightness level (0x00 to 0x0F)
        max7219_write(0x0B, 0x07); // Scan Limit: Display digits 0-7 (all 8 digits)
        max7219_write(0x0C, 0x01); // Shutdown Register: Normal operation (not in shutdown mode)
        max7219_write(0x0F, 0x00); // Display Test: Normal operation (no test mode)

        // Clear all digits on the display
        for (int i = 1; i <= 8; i++) {
            max7219_write(i, 0x00); // Write 0 to each digit register
        }
    }

    // Function to display a pattern on the MAX7219
    void max7219_display(unsigned char *data) {
        for (int i = 1; i <= 8; i++) {
            max7219_write(i, data[i - 1]); // Write each row of the pattern to the display
        }
    }

    // Function to display a pattern for a specified duration
    void display_pattern(const unsigned char pattern[8], int delay_ms) {
        max7219_display((unsigned char *)pattern); // Display the pattern
        delay(delay_ms);                           // Wait for the specified time in milliseconds
    }

    // Array of patterns to display
    const unsigned char patterns[][8] = {
        // Square pattern
        {
            0b11111111, // Row 1
            0b10000001, // Row 2
            0b10000001, // Row 3
            0b10000001, // Row 4
            0b10000001, // Row 5
            0b10000001, // Row 6
            0b10000001, // Row 7
            0b11111111  // Row 8
        },
        // Heart pattern
        {
            0b01100110, // Row 1
            0b11111111, // Row 2
            0b11111111, // Row 3
            0b11111111, // Row 4
            0b01111110, // Row 5
            0b00111100, // Row 6
            0b00011000, // Row 7
            0b00000000  // Row 8
        },
        // Number 0
        {
            0b00111100, // Row 1
            0b01100110, // Row 2
            0b11000011, // Row 3
            0b11000011, // Row 4
            0b11000011, // Row 5
            0b11000011, // Row 6
            0b01100110, // Row 7
            0b00111100  // Row 8
        },
        // Number 1
        {
            0b00011000, // Row 1
            0b00111000, // Row 2
            0b01111000, // Row 3
            0b00011000, // Row 4
            0b00011000, // Row 5
            0b00011000, // Row 6
            0b01111110, // Row 7
            0b01111110  // Row 8
        },
        // Number 2
        {
            0b01111110, // Row 1
            0b11000011, // Row 2
            0b00000011, // Row 3
            0b00001110, // Row 4
            0b00110000, // Row 5
            0b11000000, // Row 6
            0b11111111, // Row 7
            0b00000000  // Row 8
        },
        // Number 3
        {
            0b01111110, // Row 1
            0b11000011, // Row 2
            0b00000011, // Row 3
            0b00111110, // Row 4
            0b00000011, // Row 5
            0b11000011, // Row 6
            0b01111110, // Row 7
            0b00000000  // Row 8
        },
        // Number 4
        {
            0b00001110, // Row 1
            0b00011110, // Row 2
            0b00110110, // Row 3
            0b01100110, // Row 4
            0b11111111, // Row 5
            0b00000110, // Row 6
            0b00000110, // Row 7
            0b00000000  // Row 8
        },
        // Number 5
        {
            0b11111111, // Row 1
            0b11000000, // Row 2
            0b11111110, // Row 3
            0b00000011, // Row 4
            0b00000011, // Row 5
            0b11000011, // Row 6
            0b01111110, // Row 7
            0b00000000  // Row 8
        },
        // Number 6
        {
            0b00111110, // Row 1
            0b01100000, // Row 2
            0b11000000, // Row 3
            0b11111110, // Row 4
            0b11000011, // Row 5
            0b11000011, // Row 6
            0b01111110, // Row 7
            0b00000000  // Row 8
        },
        // Number 7
        {
            0b11111111, // Row 1
            0b11000011, // Row 2
            0b00000110, // Row 3
            0b00001100, // Row 4
            0b00011000, // Row 5
            0b00110000, // Row 6
            0b00110000, // Row 7
            0b00000000  // Row 8
        },
        // Number 8
        {
            0b01111110, // Row 1
            0b11000011, // Row 2
            0b11000011, // Row 3
            0b01111110, // Row 4
            0b11000011, // Row 5
            0b11000011, // Row 6
            0b01111110, // Row 7
            0b00000000  // Row 8
        },
        // Number 9
        {
            0b01111110, // Row 1
            0b11000011, // Row 2
            0b11000011, // Row 3
            0b01111111, // Row 4
            0b00000011, // Row 5
            0b00000110, // Row 6
            0b01111100, // Row 7
            0b00000000  // Row 8
        },
    };

    int main() {
        if (wiringPiSetup() == -1) {
            printf("Failed to initialize WiringPi\n");
            return 1;
        }

        if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
            printf("Failed to initialize SPI\n");
            return 1;
        }

        max7219_init();  // Initialize the MAX7219 module

        // Display patterns in a loop
        while (1) {
            // Display the square pattern
            display_pattern(patterns[0], 1000);  // Display for 1000 milliseconds

            // Display the heart pattern
            display_pattern(patterns[1], 1000);

            // Display numbers 0-9
            for (int i = 2; i <= 11; i++) {
                display_pattern(patterns[i], 1000);
            }
        }

        return 0;
    }

**Explication du code**

#. Fichiers d'en-tête :

   * ``wiringPi.h`` : Fournit des fonctions pour le contrôle GPIO.
   * ``wiringPiSPI.h`` : Fournit des fonctions pour la communication SPI.
   * ``stdio.h`` : Bibliothèque d'entrée/sortie standard pour des fonctions comme printf.

#. Définitions :

   * ``SPI_CHANNEL`` : Spécifie le canal SPI (0 ou 1) utilisé pour la communication.
   * ``SPI_SPEED`` : Définit la vitesse de communication SPI à 1 MHz.

   .. code-block:: c

        #define SPI_CHANNEL    0           // Définit le canal SPI (0 ou 1)
        #define SPI_SPEED      1000000     // Vitesse SPI définie à 1 MHz

#. Fonction ``max7219_write`` : Envoie des données à un registre spécifique du pilote d'affichage MAX7219.

   * ``address`` : L'adresse du registre à écrire.
   * ``data`` : Les données à écrire dans le registre.
   * Crée un buffer contenant l'adresse et les données.
   * Utilise ``wiringPiSPIDataRW`` pour envoyer le buffer via SPI.

   .. code-block:: c

        void max7219_write(unsigned char address, unsigned char data) {
            unsigned char buffer[2];
            buffer[0] = address;   // Adresse du registre à écrire
            buffer[1] = data;      // Données à écrire dans le registre
            wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 2);  // Envoie les données via SPI
        }

#. Fonction ``max7219_init`` : Initialise le module d'affichage MAX7219 avec les réglages nécessaires.

   * Définit le mode de décodage sur "sans décodage" car nous contrôlons directement les LED.
   * Définit l'intensité (luminosité) à un niveau modéré (0x03).
   * Définit la limite de balayage à 7 pour activer les 8 chiffres (lignes) de l'affichage.
   * Désactive le mode veille pour allumer l'affichage.
   * Désactive le mode de test de l'affichage.
   * Efface l'affichage en écrivant 0x00 dans tous les registres de chiffres.

   .. code-block:: c

        void max7219_init() {
            max7219_write(0x09, 0x00); // Mode de décodage : Pas de décodage pour les chiffres (utile pour les affichages à 7 segments)
            max7219_write(0x0A, 0x03); // Intensité : Définit le niveau de luminosité (0x00 à 0x0F)
            max7219_write(0x0B, 0x07); // Limite de balayage : Affiche les chiffres 0-7 (tous les 8 chiffres)
            max7219_write(0x0C, 0x01); // Registre d'arrêt : Fonctionnement normal (pas en mode veille)
            max7219_write(0x0F, 0x00); // Test d'affichage : Fonctionnement normal (pas en mode de test)

            // Efface tous les chiffres de l'affichage
            for (int i = 1; i <= 8; i++) {
                max7219_write(i, 0x00); // Écrit 0 dans chaque registre de chiffre
            }
        }

#. Fonction ``max7219_display`` : Met à jour l'affichage avec un modèle de 8 octets donné.

   * ``data`` : Un tableau contenant le modèle à afficher.
   * Itère à travers chacune des 8 lignes (chiffres) et écrit les données correspondantes.

   .. code-block:: c

        void max7219_display(unsigned char *data) {
            for (int i = 1; i <= 8; i++) {
                max7219_write(i, data[i - 1]); // Écrit chaque ligne du modèle sur l'affichage
            }
        }

#. Fonction ``display_pattern`` : Affiche un modèle pendant une durée spécifiée.

   * ``pattern`` : Le modèle à afficher (tableau de 8 octets).
   * ``delay_ms`` : Durée d'affichage du modèle en millisecondes.
   * Appelle ``max7219_display`` pour afficher le modèle.
   * Utilise ``delay`` pour attendre la durée spécifiée.

   .. code-block:: c

        void display_pattern(const unsigned char pattern[8], int delay_ms) {
            max7219_display((unsigned char *)pattern); // Affiche le modèle
            delay(delay_ms);                           // Attendre la durée spécifiée en millisecondes
        }

#. Modèles de tableaux :

   * Contient des modèles prédéfinis pour le carré, le cœur et les chiffres 0-9.
   * Chaque modèle est un tableau de 8 octets, représentant 8 lignes de la matrice LED 8x8.
   * Chaque octet utilise la notation binaire où chaque bit représente une LED (1 pour allumé, 0 pour éteint).
   
   .. code-block:: c

        const unsigned char patterns[][8] = {
            // Modèle de carré
            {
                0b11111111, // Ligne 1
                0b10000001, // Ligne 2
                0b10000001, // Ligne 3
                0b10000001, // Ligne 4
                0b10000001, // Ligne 5
                0b10000001, // Ligne 6
                0b10000001, // Ligne 7
                0b11111111  // Ligne 8
            },
            ...
            // Chiffre 9
            {
                ...
            },
        };    

#. Fonction principale :

   * Initialise l'interface ``WiringPi`` et ``SPI``.
   
     .. code-block:: c

        if (wiringPiSetup() == -1) {
            printf("Échec de l'initialisation de WiringPi\n");
            return 1;
        }

        if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
            printf("Échec de l'initialisation de SPI\n");
            return 1;
        }
   
   * Appelle ``max7219_init`` pour configurer le module MAX7219.
   
     .. code-block:: c

        max7219_init();  // Initialise le module MAX7219
      
   * Entre dans une boucle infinie pour afficher les modèles en continu. Affiche chaque modèle pendant 1 seconde avant de passer au suivant.

     .. code-block:: c

        while (1) {
            // Affiche le modèle de carré
            display_pattern(patterns[0], 1000);  // Affiche pendant 1000 millisecondes

            // Affiche le modèle de cœur
            display_pattern(patterns[1], 1000);

            // Affiche les chiffres 0-9
            for (int i = 2; i <= 11; i++) {
                display_pattern(patterns[i], 1000);
            }
        }

**Comprendre les Modèles**

* Représentation Binaire :

  * Chaque modèle est défini en utilisant des littéraux binaires (préfixe 0b).
  * Chaque octet correspond à une ligne de la matrice LED 8x8.
  * Chaque bit dans l’octet représente une colonne (LED) dans cette ligne.
  * Le bit le plus significatif (à gauche) correspond à la première LED à gauche.

* Création de Modèles Personnalisés :

  * Vous pouvez créer de nouveaux modèles en définissant de nouveaux tableaux de 8 octets.
  * Chaque modèle peut être ajouté au tableau des modèles.
  * Mettez à jour la boucle d'affichage dans la fonction principale pour inclure vos nouveaux modèles.


**Ajustements et Personnalisation**

* Changer la Luminosité : Modifiez le niveau d'intensité dans ``max7219_init`` :

   .. code-block:: c

        max7219_write(0x0A, brightness_level); // brightness_level entre 0x00 et 0x0F

* Modifier le Temps d'Affichage : Changez le paramètre ``delay_ms`` dans les appels à ``display_pattern`` pour ajuster la durée d'affichage de chaque modèle.

Image du phénomène
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.. image:: ../img/1.1.6led_dot_matrix.JPG