.. note::

    こんにちは、SunFounderのRaspberry Pi & Arduino & ESP32愛好家コミュニティへようこそ！Facebook上でRaspberry Pi、Arduino、ESP32についてもっと深く掘り下げ、他の愛好家と交流しましょう。

    **参加する理由は？**

    - **エキスパートサポート**：コミュニティやチームの助けを借りて、販売後の問題や技術的な課題を解決します。
    - **学び＆共有**：ヒントやチュートリアルを交換してスキルを向上させましょう。
    - **独占的なプレビュー**：新製品の発表や先行プレビューに早期アクセスしましょう。
    - **特別割引**：最新製品の独占割引をお楽しみください。
    - **祭りのプロモーションとギフト**：ギフトや祝日のプロモーションに参加しましょう。

    👉 私たちと一緒に探索し、創造する準備はできていますか？[|link_sf_facebook|]をクリックして今すぐ参加しましょう！

.. _1.1.6_c_pi5:

1.1.6 LEDドットマトリックスモジュール
======================================

はじめに
--------------------

このプロジェクトでは、LEDマトリックスモジュールについて学びます。LEDマトリックスモジュールは、MAX7219ドライバを使用して8x8のLEDマトリックスを駆動します。

必要な部品
------------------------------

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。

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

一式を購入するのが便利です。リンクは以下のとおりです。

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

    *   - 名前
        - このキットのアイテム
        - リンク
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

以下のリンクから個別に購入することもできます。

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

    *   - コンポーネントの紹介
        - 購入リンク

    *   - :ref:`cpn_gpio_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|

回路図
-----------------------

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

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

実験の手順
----------------------------

**ステップ1:** 回路を組む。

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

**ステップ2:** 実験を開始する前にSPIをオンにしてください。詳細は :ref:`spi_configuration` を参照してください。

**ステップ3:** コードのフォルダに移動する。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    cd ~/raphael-kit/c/1.1.6/

**ステップ4:** コードをコンパイルする。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    make

**ステップ5:** 実行可能ファイルを実行する。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo ./1.1.6_LedMatrix

コードを実行すると、LED ドットマトリックスはスクエア、ハート、数字 0 から 9 まで順に表示されます。

.. note::

    実行後に動作しない、またはエラープロンプトが表示される場合：「wiringPi.h: No such file or directory」、 :ref:`install_wiringpi_pi5` を参照してください。

**コード**

.. 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;
    }

**コード説明**


#. 必要なヘッダファイルをインクルード：

   * ``wiringPi.h``： WiringPi ライブラリを使用して GPIO を制御するための関数を提供します。
   * ``wiringPiSPI.h``： SPI 通信を行うための関数を提供します。
   * ``stdio.h``： 標準の入出力関数（例： ``printf``  など）を提供します。

#. 定義：

   * ``SPI_CHANNEL``： 使用する SPI チャンネル（0 または 1）を指定します。
   * ``SPI_SPEED``： SPI 通信速度を 1 MHz に設定します。

   .. code-block:: c

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

#. 関数 ``max7219_write``： ``MAX7219`` ディスプレイドライバの特定のレジスタにデータを送信します。

   * ``address``： 書き込み先のレジスタのアドレス。
   * ``data``： レジスタに書き込むデータ。
   * アドレスとデータを含むバッファを作成します。
   * ``wiringPiSPIDataRW`` を使用して、バッファを SPI 経由で送信します。

   .. code-block:: c

        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
        }

#. 関数 ``max7219_init``： ``MAX7219`` ディスプレイモジュールを必要な設定で初期化します。

   * デコードモードを「デコードなし」に設定（LED を直接制御するため）。
   * 明るさ（輝度）を中程度のレベル（0x03）に設定。
   * スキャンリミットを 7 に設定し、ディスプレイのすべての 8 桁（行）を有効にします。
   * シャットダウンモードを終了してディスプレイをオンにします。
   * ディスプレイテストモードを無効化します。
   * すべての桁のレジスタに 0x00 を書き込むことでディスプレイをクリアします。

   .. code-block:: c

        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
            }
        }

#. 関数 ``max7219_display``： 指定した 8 バイトのパターンでディスプレイを更新します。

   * ``data``： 表示するパターンを含む配列。
   * 各 8 行（桁）を繰り返して対応するデータを書き込みます。

   .. code-block:: c

        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
            }
        }

#. 関数 ``display_pattern``： 指定した時間表示するためのパターンを表示します。

   * ``pattern``： 表示するパターン（8 バイトの配列）。
   * ``delay_ms``： パターンを表示する時間の長さ（ミリ秒）。
   * ``max7219_display`` を呼び出してパターンを表示します。
   * 指定された時間だけ待機するために ``delay`` を使用します。

   .. code-block:: c

        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
        }

#. 配列パターン：

   * スクエア、ハート、および数字 0 - 9 の事前定義されたパターンを含む。
   * 各パターンは、8x8 LED マトリックスの 8 行を表す 8 バイトの配列。
   * 各バイトは、バイナリ表記を使用し、各ビットが LED を表します（1 はオン、0 はオフ）。
   
   .. code-block:: c

        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
            },
            ...
            // Number 9
            {
                ...
            },
        };    


#. メイン関数：

   * ``WiringPi`` および ``SPI`` インターフェースを初期化します。
   
     .. code-block:: c

        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`` を呼び出して ``MAX7219`` モジュールを設定します。
   
     .. code-block:: c

        max7219_init();  // Initialize the MAX7219 module
      
   * 無限ループに入り、パターンを継続的に表示します。各パターンを 1 秒間表示してから次に進みます。

     .. code-block:: c

        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);
            }
        }

**パターンの理解**

* バイナリ表記：

  * 各パターンは、バイナリリテラル（ ``0b`` プレフィックス）を使用して定義されています。
  * 各バイトは、8x8 LED マトリックス上の 1 行に対応します。
  * 各バイト内の各ビットがその行内の列（LED）を表します。
  * 最上位ビット（左端）は、左端の最初の LED に対応します。

* カスタムパターンの作成：

  * 8 バイトの新しい配列を定義して、新しいパターンを作成できます。
  * 各パターンは ``patterns`` 配列に追加できます。
  * メイン関数のディスプレイループを更新して、新しいパターンを含めます。

**調整とカスタマイズ**

* 明るさの変更： ``max7219_init`` で輝度レベルを変更します：

  .. code-block:: c

        max7219_write(0x0A, brightness_level); // brightness_level between 0x00 and 0x0F

* 表示時間の変更： ``display_pattern`` 呼び出しで ``delay_ms`` パラメータを変更して、各パターンの表示時間を調整します。


現象の画像
-----------------------

.. image:: ../img/1.1.6led_dot_matrix.JPG