Ардуино уно подключить дисплей светодиодный 8х8. Светодиодная матрица и управление ей в Arduino
Наконец доехали из поднебесной матричные модули. Каждый модуль состоит из микросхемы MAX7219 (), светодиодной матрицы, в обвязке стоят один конденсатор и один резистор.
Управляется MAX7219 по интерфейсу SPI.
Микросхемы в кластере соединены последовательно. Читал в интернете, что максимально возможное последовательное подключение допускает всего 8 штук MAX7219. Не верьте. 16 модулей соединил, и все прекрасно работает.
Модули, представленные на Али, бывают в нескольких вариантах исполнения. Наибольшей популярностью пользуются 2 вида: с микросхемой в DIP и в SOIC корпусах. Модуль с DIP-микросхемой большего размера и не так удобен при соединении в кластер. Соединять придется кучей проводов.
Модули с микросхемой в SOIC-корпусе имеют размер светодиодной матрицы и соединяются пайкой или джамперами. Получается красиво и аккуратно.
Наиболее известными библиотеками для работы с матрицами и кластерами являются MAX72xx Panel от Марка Райса и Parola от MajicDesigns : первая библиотека проще в использовании, вторая посложнее с бОльшими возможностями. Распишу подробнее.
MAX72xx Panel
При использовании MAX72xx Panel обязательна установка библиотеки Adafruit GFX .
Для русификации текста необходимо будет скачать ЭТОТ ФАЙЛ и заменить стандартный файл glcdfont.c в каталоге Arduino/Libraries/Adafruit-GFX-Library-master. Также в этом файле описаны, кроме нужных букв и цифр, куча всяких символов. Далеко не все они могут пригодиться. Картинка ниже поясняет как формируются символы.
При необходимости Вы можете создать свои символы и заменить ими любые неиспользуемые в файле. Практически все точечные шрифты, используемые в различных библиотеках, сформированы подобным образом.
Итак, библиотеки MAX72xx Panel и Adafruit GFX установлены, файл glcdfont.c заменен. Запускаем Arduino IDE, открываем ФАЙЛ . В скетче есть функция utf8rus. Она обеспечивает перекодировку таблицы символов для русского языка. Она нужна только для нормального вывода из программы, то есть в программе нужный текст пишется на русском. Если текст вводится через СОМ-порт, то коррекция кодов символа происходит в функции Serial_Read. В IDE и в консоли разработчики использовали разные кодировки.
В начале файла присутствуют строки необходимые для работы библиотеки.
int numberOfHorizontalDisplays = 1;
int numberOfVerticalDisplays = 16;
У меня модули с микросхемой в SOIC-корпусе. У них есть небольшая особенность. Матрица у модулей установлена повернутой на 90 градусов. Это плата за удобство соединения. Если запустить скетчи, идущие в комплекте с библиотеками, они будут выводить текст снизу вверх в каждом модуле. Текст будет выводится зигзагами. Для лечения этого недуга библиотеке надо "сказать", что вертикальных дисплеев 16 (физически они расположены горизонтально). И потом в void Setup указать библиотеке строку
matrix.setRotation(matrix.getRotation() + 1);
Она программно перевернет каждую матрицу. И отображаться все будет нормально.
У модулей с DIP-корпусом микросхем такого нет. Там все красиво, кроме кучи проводов.
Библиотека MAX72xx Panel довольно скромная. Визуальных эффектов вывода нет. Кластер воспринимается как одно целое. Намного лучше дела обстоят с MD Parola.
Parola от MajicDesigns.
Обладатели модулей с микросхемой в SOIC-корпусе также столкнутся с проблемой ориентации модулей в кластере. Только выглядит это немного по-другому нежели в MAX72xx. Здесь модули окажутся как бы не в своей очереди.
Скетч HelloWorld из образцов в комплекте с библиотекой.
Программно в скетче мне не удалось вылечить этот недуг. Я вылечил его по-другому. В файле Adruino/libraries/MD_MAX72xx_lib.h в конце нужно найти строки как на картинке.
И исправить в выделенной строке выделенную 1 на 0. Сохранить файл. Arduino IDE можно не перезагружать. Заливаем, смотрим.
Теперь можно использовать 24 эффекта анимации. Анимация запускается командой P.displayText(«Текст для вывода», «выравнивание текста», скорость, задержка показа, эффект появления, эффект исчезновения). Как видите, настроек достаточно много.
И самый смак - деление кластера на виртуальные зоны. С зонами работать не очень сложно. Скетч не выкладываю, он есть в образцах, идущих с библиотекой. Теперь выводить часы в начале кластера и бегущую строку с новостями на оставшихся модулях можно без проблем, почти.
Как вы уже догадываетесь проблема с кириллическими буквами. Она тоже решаема. Рядом с предыдущим файлом в той же директории лежит файлик MD_MAX72xx_font.cpp. Это файл шрифта. Символы в нем сформированы аналогично файлу шрифта GFX библиотеки. Есть небольшое отличие. Здесь размер символа может быть меньше 5 точек. В библиотеке Adafruit GFX восклицательный знак, например, занимает также 5 точек шириной, как и любой другой символ, только используется один ряд точек. Остальные не светятся, но используются под символ. В Parola тот же восклицательный знак занимает также один ряд точек, только рядом не пустые точки, а могут стоять соседние символы. Понятнее будет разобраться по картинке.
Дополнить файл кириллическими символами аналогично файлу из первой рассмотренной библиотеки пока времени нет. Если кто-нибудь это сделает и пришлет мне файл, я добавлю его к этой статье, и Вам будут благодарны и я, и гости моего сайта.
Итог. Библиотека MAX72xx Panel от Марка Райса проста в использовании и понимании, но с бедным функционалом.
Библиотека Parola от MajicDesigns посложнее и ее возможностей хватит практически для любого применения.
Светодиодная матрица – удобное средство для отображения информации: во-первых, она ярче обычных TFT-дисплеев, во-вторых, больше по размеру, что в ряде случаев имеет преимущества (если нам не надо отображать фотографии).
При желании без особых затруднений можно найти готовую сборку – матрица 1088 (или любая подобная, 8×8 светодиодов) и в комплекте с ней контроллер MAX7219. Эта небольшая микросхема способна самостоятельно управлять не только отображением светодиодов, но и менять их яркость (для всей матрицы, а не по светодиодам), а также она «знает», как вывести цифры на семисегментный индикатор. Это означает, что разработчику будет меньше работы. Управление достаточно простое, по интерфейсу SPI по трём проводам – выбор устройства, данные и синхронизация.
Также часто такие сборки объединяют в блоки по 4 последовательно, получается мини-дисплей размером 32×8 пикселей, что достаточно удобно – можно отобразить слово длиной до 5 букв. Стоит отметить, что эта сборка умеет передавать данные дальше по цепочке, и 4 штуки последовательно – не предел. Я объединял 4 блока по 4 такие сборки, получался дисплей 128×8 (также можно получить 64×16 при соответствующей программной настройке, это просто), работавший без торможения и обновляющийся 50 раз в секунду. Хотя, в отличие от схемы , здесь программное обновление не нужно – за вывод информации отвечает контроллер на плате, дело программиста – указать, что выводить, а не как.
Для работы с такими сборками есть специальная библиотека для Arduino – Max72xxPanel, доступная на GitHub. Для её корректной работы также требуется подключение библиотек SPI и Adafruit_GFX, но это не проблема. Первая библиотека присутствует по умолчанию в дистрибутиве Arduino IDE, вторая доступна на GitHub.
Инициализируем матрицу
Для начала попробуем инициализировать нашу матрицу. Выводы питания VCC и GND соединяем с аналогичными на плате Arduino, DIN подключаем к выводу 11, CS – 9, CLK – 13. Учтите, что эта нумерация верна для платы Arduino UNO, для других моделей интерфейс SPI может находиться на выводах с другими номерами.
С этой сборкой удобнее работать, «повернув» её программно на 90 градусов. Фактически, у нас есть 4 блока по вертикали и 1 по горизонтали, но отображать будем, как будто она ориентирована горизонтально. Причина простая – 1 столбец занимает ровно 1 байт, удобнее строить изображение.
Пишем начальный программный код для инициализации:
#include
Нажимаем Ctrl+U, загружаем скетч в плату и смотрим на результат, точнее, на полностью погасший дисплей.
Так и должно быть, мы просто очистили его. Попробуйте сами изменить строку 18 следующим образом:
Matrix.fillScreen(HIGH);
В результате получим полностью светящуюся матрицу. Если светится тускло, увеличивайте яркость в строке 11, только постепенно и осторожно – у меня уже при значении 3 при взгляде на светодиоды ощущается дискомфорт и болят глаза. Так что с яркостью стоит начинать с минимума и плавно увеличивать.
Простейшую операцию мы выполнили, теперь давайте попробуем что-то написать.
Вывод статического изображения
Для примера возьмём слово из пяти букв, чтобы максимально заполнить матрицу. Можно, конечно, вывести по одному символу на матрицу, но для любой буквы хватает места 5*7 символов, поэтому с учётом интервала получится до 5 букв. Для примера возьмём слово «Старт».
Формируем изображение:
И модифицируем программный код, добавив туда массив с данными для включения определённых светодиодов (приводить не буду, скетч можно скачать для ознакомления по ссылке внизу). Рисовать будем по вертикали, старший бит – верхний ряд. Кроме этого, из кода можно исключить начальное заполнение матрицы, поскольку все светодиоды будут определены явно:
Void setup() {
byte x, y;
matrix.setIntensity(brightness);
matrix.setRotation(0);
for (y = 0; y < 32; y++) {
for (x = 0; x < 8; x++) {
matrix.drawPixel(x, y, leds[y] & (1< Компилируем скетч, загружаем в плату и смотрим на результат: В следующий раз сделаем на матрице бегущую строку и выведем надпись, которая не помещается по длине. Два года назад, когда я только начал заниматься мультикоптерами, мне пришлось сделать небольшой . Поскольку квадрокоптер задумывался сугубо автономным, все что требовалось от этого пульта - это управлять беспилотником во время испытаний и настройки. В принципе, пульт со всеми возложенными на него задачами справлялся вполне успешно
. Но были и серьезные недостатки.
Чтобы устранить все эти недостатки, я решил кардинально переделать пульт. И железную часть, и софт. Вот что мне захотелось сделать: Идея чрезвычайно проста и эффективна. Вырезаем из оргстекла или другого тонкого материала две пластины и соединяем их стойками. Все содержимое корпуса крепится либо к верхней, либо к нижней пластине. Чтобы управлять кучей параметров, нужно либо разместить на пульте кучу потенциометров и добавить АЦП, либо делать все настройки через меню. Как я уже говорил, настройка потенциометрами не всегда хорошая идея, но и отказываться от нее не стоит. Так что, решено было оставить в пульте четыре потенциометра, и добавить полноценное меню.
Чтобы перемешаться по меню, и менять параметры обычно используют кнопки. Влево, вправо, вверх, вниз. Но мне захотелось использовать вместо кнопок энкодер. Эту идею я подсмотрел у контроллера 3D-принтера. Разумеется, за счет добавления меню, код пульта распух в несколько раз. Для начала я добавил всего три пункта меню: "Telemetry", "Parameters" и "Store params". В первом окне отображается до восьми разных показателей. Пока я использую только три: заряд батареи, компас и высота. Во втором окне доступны шесть параметров: коэффициенты PID регулятора для осей X/Y,Z и корректировочные углы акселерометра. Третий пункт позволяет сохранять параметры в EEPROM. Над выбором пилотных джойстиков я долго не размышлял. Так получилось, что первый джойстик Turnigy 9XR я добыл у коллеги по квадрокоптерному делу - Александра Васильева, хозяина небезызвестного сайта alex-exe.ru . Второй такой же заказал напрямую на Hobbyking. Первый джойстик был подпружинен в обоих координатах - для контроля рыскания и тангажа. Второй я взял такой же, чтобы затем переделать его в джойстик для управления тягой и вращением. В старом пульте я использовал простой регулятор напряжения LM7805, который кормил связкой из 8 батареек AA. Жутко неэффективный вариант, при котором 7 вольт уходили на нагрев регулятора. 8 батареек - потому что под рукой был только такой отсек, а LM7805 - потому что в то время этот вариант мне представлялся самым простым, и главное быстрым. Теперь же я решил поступить мудрее, и поставил достаточной эффективный регулятор на LM2596S. А вместо 8-ми AA батареек, установил отсек на два LiIon аккумулятора 18650. Собрав все воедино, получился вот такой аппарат. Вид изнутри. А вот с закрытой крышкой. Не хватает колпачка на одном потенциометре и колпачков на джойстиках. Наконец, видеоролик о том, как происходит настройка параметров через меню.
Физически пульт собран. Сейчас я занимаюсь тем, что дорабатываю код пульта и квадрокоптера, чтобы вернуть им былую крепкую дружбу. По ходу настройки пульта, были выявлены недостатки. Во-первых, нижние углы пульта упираются в руки:(Наверное я немного перепроектирую пластины, сглажу углы. Во-вторых, даже дисплея 16х4 не хватает для красивого вывода телеметрии - приходится названия параметров сокращать до двух букв. В следующей версии девайса установлю точечный дисплей, либо сразу TFT матрицу. Материалы:
Шаг 1: Как работает:
На каждом регистре числится 8 выходов, используется всего 3 вывода Arduino для контролирования огромного числа сдвиговых регистров. Как было сказано ранее, сканирование происходит с помощью этого счётчика 4017, через подключение одного ряда к земле за один раз и отправке данных через резисторы в колонки. Шаг 2: Схема
Для расчёта величин 24 резисторов можно воспользоваться калькулятором Для начала смотрят спецификацию светодиода, для того чтобы узнать их прямое напряжение и их прямой ток. Информацию можно узнать сразу при покупке. Схема работает от напряжения 5В. Соответственно необходим источник питания с таким же напряжением. Также добавлен макет платы управления, который изготовлен с помощью инструментального средства Willard 2.0. Шаг 3: пайка
Автор сгибает вниз положительный вывод светодиодов по направлению к остальным выводам, и делается ряд, после чего отрезается неприменимая часть вывода, и пытается сделать эти соединения максимально низкими. Эта процедура делается для каждого положительного вывода. На данном этапе отрицательные выводы соединены в колонку и их спаивание неудобно, так как у них на пути положительный ряд. Поэтому отрицательный вывод сгибается на 90 градусов, и делается мост над положительным рядом к следующему отрицательному выводу, и так для всех остальных светодиодов. Сдвиговые регистры и оставшиеся компоненты можно припаиваются на усмотрение каждого отдельно. Шаг 4: программирование
Автор до этого писал несколько похожих программ. Поэтому ему пришлось только добавить программу, которая будет получать слово или же целое предложение от монитора IDE arduino и затем отображает его на матрице. Код, конечно же, можно создать свой или изменить этот на своё усмотрение. Как это сделать:
Новый корпус
Элементы управления и меню
Джойстики
Питание
Результат
Итог
- светодиоды 144 шт
- резисторы 24 шт (определяется по типу светодиодов, в этом случае 91 Ом)
- счетчик десятичный 4017
- резисторы 6 шт (номинал 1 кОм)
- транзисторы 6 шт 2N3904
- Длинная макетная плата
- Arduino
- регистры сдвига 3 шт (74HC595)
- штыревые разъёмы
Обычно информация в светодиодной матрице разбивается на мелкие части, которые после передаются друг за другом. Таким образом, экономится большое количество выводов на Arduino, и программа становится достаточно простой.
Единственные элементы не указанные на схеме - это резисторы ограничения тока, так как их номинал напрямую зависит от того какого типа светодиоды используются. Поэтому их величина должна быть вычислена самостоятельно.
Пайка такого большого количества светодиодов задача ни из лёгких если не знаешь наверняка как это делается правильно.
Пришло время к последнему этапу проекта.
В архиве приложен excel файл, для возможности создания своих знаков или символов.
Создаётся нужный знак пиксель за пикселем (ничего сложного в этом нет), и копируется выходная строка - #define {OUTPUT LINE}
