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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。
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。
名前 |
このキットのアイテム |
リンク |
|---|---|---|
Raphael Kit |
337 |
以下のリンクから個別に購入することもできます。
コンポーネントの紹介 |
購入リンク |
|---|---|
回路図
T-Board Name |
physical |
wiringPi |
BCM |
SPIMOSI |
Pin 19 |
12 |
MOSI |
SPICE0 |
pin 24 |
10 |
CE0 |
SPISCLK |
Pin 23 |
14 |
SCLK |
実験の手順
ステップ1: 回路を組む。
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 SPI 設定 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。
cd ~/raphael-kit/c/1.1.6/
ステップ4: コードをコンパイルする。
make
ステップ5: 実行可能ファイルを実行する。
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。
注釈
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」、 WiringPiのインストールと確認 を参照してください。
コード
#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。
#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。
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。
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。
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。
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）。
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。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。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。
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：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
