Содержание
Нам понадобится:
Ссылочка на Arduino uno: http://ali.ski/ATP4-
Ссылочка на контактные провода: http://ali.ski/Yd2j1
Ссылочка на MAX7219 8×8 4x: http://ali.ski/trc–y
Светодиодная матрица на MAX7219 очень яркая красивая и многими желанная. Так как на ней можно делать всякие красивые часы, бегущую строку и так далее. Но с реализацией русских символов все очень проблемно. Так как кирилицу мало кто поддерживает и считает нужным поддерживать.
В данном примере, я покажу как можно все таки вывести в виде бегущей строки кирилицу на матрицу MAX7219.
Важно! забыл упомянуть в видео, если вы заметили что под каждой буквой описанной 0 и 1 написана цифра или 2, или 6, или 4 и так далее. Эти цифры обозначают сколько буква занимает диодов по горизонтали. И от этой цифры вставляет следующую. Если Вы поставите цифру 4 а у Вас она занимает 6, то следующая буква залезет на пред идущую!
Необходимо скопировать программный код приведенный ниже и вставить его в программу Arduino IDE и загрузить этот программный код в саму плату Arduino.
Ссылочка на скетч: https://yadi.sk/d/NH1YgsWTunaov
Демонстрация работы данной программы можно увидеть в видео приведенном в конце статьи.
Видео:
Предисловие
Поиск необходимых материалов и первые шаги
Раньше как-то пробовал баловаться со светодиодами, точнее со светодиодной лентой, но это была простая светомузыка с использованием одного транзистора. А тут нужно же как-то и матрицу светодиодную сделать, и текст где-то хранить, и как-то его выводить. На «рассыпухе» просто так не сделать, по крайней мере с моим опытом.
Услышал, что можно делать на платформе Arduino. Раньше слышал, что есть такая крутая программируемая плата, что проект этот был стартапом, собравшим немалое количество денег, но в подробности не вдавался. А тут пришлось. Посмотрел несколько видео с примерами проектов, реализованных на Arduino, понравилось, купил.
В моей работе использовалась Arduino Uno R3, но не оригинальная, а копия. Как я почитал, особой разницы между копией и оригиналом нет. Плата Arduino имеет 14 цифровых входов/выходов, 6 аналоговых, входы внешнего питания, выходы +5 В, +3.3 В, GND. К компьютеру подключается с помощью USB. Для программирования микроконтроллера используется собственная IDE, которая распространяется бесплатно на официальном сайте Arduino.
С Arduino понятно, теперь надо решить, как сделать саму светодиодную матрицу. Изначально за основу разработки проекта была выбрана статья, в которой предлагалось использовать готовые модули со светодиодными матрицами и сдвиговыми регистрами. Схема представлена на рисунке 1. Использование готовых модулей, а именно MAX7219, значительно упростило бы разработку, так как необходимо было бы только всё правильно подключить и написать программу для корректной работы и вывода информации.
Однако возникли трудности с поиском соответственно этого модуля в нашей стране, поэтому было решено искать другой способ реализации. Да и как-то просто было бы совсем. Поэтому решил, что надо делать матрицу самому на светодиодах, благо в интернете достаточно информации, как это сделать.
Разработка
Размер матрицы был выбран 8х10. Изначально планировалось для выбора столбца матрицы светодиодов использовать сдвиговый регистр 74HC595, который идёт в наборе с Arduino, а он имеет восемь выходов. Вот каждый бы и отвечал за определённый столбец. Однако в процессе пайки случайно была испорчена ножка регистра, отвечающая за выход Q0, поэтому от него пришлось отказаться. В этой схеме регистр по сути мог бы только сократить количество выходов Arduino, используемых для управления матрицей. При его использовании задействовалось бы только три выхода, а так пришлось пожертвовать 8-ю (со 2 по 9). Благо, что их там достаточно.
Для выбора строки матрицы был использован десятичный счётчик с дешифратором К176ИЕ8. Выбор пал на эту микросхему по причине её популярности, а также, потому что она имеет 10 выходов, как раз для управления 10-ю строками матрицы. Управляется счётчик с помощью микроконтроллера Arduino через входы сброса, счёта и выхода на 5 В.
Выходы счётчика подключаются к блоку транзисторов для управления светодиодной матрицей. Подключение будет рассмотрено в блоке транзисторов.
В результате функциональная схема получилась следующего вида:
Блок транзисторов
Для управления светодиодами кроме сигнала, подаваемого на аноды со 2 по 9 портов Arduino, необходимо также подавать напряжение на катоды светодиодов. Делается это с помощью блока транзисторов.
Все катоды светодиодов каждой строки соединены между собой и подключены к коллекторам 10 транзисторов. Эмиттеры транзисторов подключены к «земле», а на базу приходят сигналы с выходов счётчика.
В этом проекте используются биполярные транзисторы npn типа 2N3904. Так как каждый транзистор подключён к своей строке матрицы, то всего в схеме их используется 10 штук. Выбор пал на этот вид транзисторов из-за их популярности, а также соответствия условиям разработанной схемы. Этот транзистор применяется в схемах с небольшим напряжение. Общий вид и УГО данного транзистора:
Теперь можно описать, как происходит загорание светодиода. С определённого порта Arduino подаётся сигнал на анод светодиода. В то же самое время на счётчика с определённого выхода подаётся сигнал на базу эмиттера. И с коллектора транзистора идёт напряжение на катоды светодиодов. Так как в матрице соединены последовательно аноды светодиодов соседних строк, а также последовательно соединены катоды светодиодов соседних столбцов, то в одно время происходит загорание нескольких светодиодов матрицы.
Важный момент! Ардуино на выходе выдаёт около 5 В, поэтому для подсоединения анодов светодиодов к Ардуино нужно использовать резисторы номиналом 220 Ом, а для подсоединения базы транзисторов к выходам счётчика – номиналом 1 КОм. Найти эти резисторы не составляет труда, тем более они идут в стартовом наборе Ардуино.
От мысли к действию, или от схемы к реализации
В результате пайки получилась следующее устройство.
Программная часть
Теперь всё это дело нужно было подключить к Ардуино. Код само-собой писался на C. Первым делом нужно проинициализировать используемы порты платы Arduino. Это делается в функции setup() следующим образом:
clock и reset – порты 11 и 10 Arduino соответственно.
Первым делом идёт указание, что порты со 2 по 9 используются в качестве выходных. Делается это в цикле с помощью метода pinMode(i, OUTPUT), где i –номер порта, OUTPUT – флаг, указывающий, что этот порт выходной.
Далее аналогичным образом инициализируются порты clock и reset. С помощью функции digitalWrite(reset, HIGH) происходит подача высокого уровня напряжения на порт reset, что тем самым делает сброс счётчика. После 5 мс задержки (delayMicroseconds(5)) на порт reset подаётся низкий уровень напряжения.
После инициализации портов нужно разработать алгоритм включения светодиодов для вывода тестовой информации и имитации их движения, т.е. сделать алгоритм бегущей строки.
Для этого была создана отдельная функция display_symbol(int loops), которая принимает в качестве аргумента значение задержки для имитации движения текста. Опытным путём было установлено, что лучше всё информация воспринимается, если значение задержки находится в промежутке от 15 до 25.
Рассмотрим внутреннюю реализацию функции display_symbol(int loops).
Сначала видно четыре вложенных цикла. Самый наружный цикл, проходит по всем элементам байтового массива, т.е. по выводимым символам. Байтовым массив и его размерность задаётся разработчиком вручную выглядит наподобие следующего:
Каждый символ разложен на 10 байт, что соответствует количеству строк, а каждый байт, как известно, состоит из 8 бит. Каждый бит отвечает за определённый светодиод на схеме. Пример разбитого на биты символа:
Например, 0 и 9 байты выглядят как B00000000, это значит, что в 1 и 10 строках светодиоды гореть не будут. Сделано это для удобного чтения информации пользователем. А вот, например, 1-й байт со значением B01000010 указывает, что во второй строке для данного символа должны загораться 2 и 7 светодиоды. Таким образом из всех этих байт выстраивается символ буквы «И».
Вот, что получилось в результате:
А где же обещанное управление со смартфона?
В принципе результатом я остался доволен, как-никак первый раз так много паял и всё сразу заработало. Но захотелось большего, и я подумал добавить управление с Android смартфона по Bluetooth. Для Arduino есть готовый модуль HC-06. Схема его подключения к Arduino выглядит следующим образом:
Подробности подключения к Arduino и соединения со смартфоном описаны в этой статье: Блютуз модуль HC-06 подключение к Arduino. Соединение с телефоном и компьютером
В соответствии с этим код был изменён. И решил добавить ускоренное пролистывание текста, инверсное зажигание светодиодов и пролистывание текста с мерцанием. Ссылки на код для Android и Arduino будут ниже. В результате получилась вот такая штука:
Заключение
Сначала, что касается разработанного курсового. Главным достоинством разработанного устройства является его универсальность. Благодаря использованию программируемой платы Arduino проект можно расширять использованием различных датчиком и написанием соответствующих прошивок. В результате кроме функционала бегущей строки можно добавить и функционал вывода состояния погоды, используя соответственно датчики температуры, влажности, атмосферного давления. Если добавить какой-нибудь датчик звука, то можно доработать схему до музыкального эквалайзера.
А общие выводы заключаются в том, что Arduino – действительно классная штука, с помощью которой в домашних условиях можно сделать множество полезных и просто крутых штук, которые раньше могли сделать люди, посвятившие электронике не один год. Тем более, что есть множество примеров различных устройств на Ардуино в Интернете в открытом доступе. Уже есть даже множество книг по Ардуино, одну из которых я точно советовал бы для рассмотрения в качестве руководства для начинающих и продвинутых разработчиков: Arduino CookBook.
Привет Ребятушки. Сегодня запилим бегущую строку на светодиодных модулях MAX7219 и Arduino. Задача очень простая и не потребует от нас больших знаний в области электроники и программирования. Для начала предлагаю изучить немного теории по устройству светодиодной матрицы, принципу ее подключения и посмотреть видео результата к которому мы будем стремиться на протяжении всей статьи.
Светодиодная матрица — это графический индикатор, который можно использовать для вывода простых изображений, букв и цифр. Я не ставлю задачу подробно разобраться с устройством матричных индикаторов, однако стоит заметить, что по сути матрица состоит и 8х8 светодиодов. По сути все сводиться к динамической индикации. Основываясь на этом, понятно, что группировать несколько матриц вместе задача не из простых. На каждый новый ряд или колонку матриц, нужно добавлять новый сдвиговый регистр вместе с проводами и резисторами, а по-хорошему еще и микросхему ULN2003.
К счастью, инженеры давно уже разработали специализированные микросхемы для управления разного рода индикаторами. В этой статье мы рассмотрим матричный модуль с микросхемой MAX7219. Как станет понятно позже, работать с таким модулем одно удовольствие.
Модуль светодиодной матрицы с микросхемой MAX7219
Модуль представляет из себя плату с микросхемой, необходимой для неё обвязкой и, собственно, матричным индикатором. Обычно индикатор не впаивают в плату, а вставляют в разъем. Это сделано для того, чтобы группу модулей можно было сначала закрепить на какой то поверхности винтами, а затем вставить в них матрицы.
У модуля есть пять выводов на каждой стороне. С одной стороны данные входят в модуль, с другой стороны данные выходят из модуля и передаются в следующий. Это позволяет соединять матрицы у цепочку.
Входной разъем / Выходной разъем :
- VCC, GND — питание;
- DIN — вход данных;
- CS — выбор модуля (chip select);
- CLK — синхроимпульс.
Работает модуль от напряжения 5 Вольт.
Вывод пикселей с помощью библиотеки Max72xxPanel
Для управления микросхемой MAX7219 воспользуемся библиотекой Max72xxPanel. Скачать её можно по ссылкам в конце статьи.
Установим библиотеку и напишем небольшой код, который будет выводить на дисплей всего одну точку с координатами x=3 и y=4. Точка будет мигать с периодом 600 миллисекунд.
Как уже говорилось ранее, матричные модули с микросхемой MAX7219 можно легко объединять. Именно для этой цели в начале программы мы задаем количество матриц по-горизонтали и по-вертикали. В данном случае используется одна матрица, так что оба этих параметра будут равны 1.
Важно отметить, что после включения и выключения пикселей с помощью функции drawPixel, необходимо вызвать функцию write. Без функции write, пиксели не высветятся на матрице!
Теперь напишем код, который отобразит на матрице смайл. Смайл зашифруем с помощью массива из восьми байт. Каждый байт массива будет отвечать за строку матрицы, а каждый бит в байте за точку в строке.
Примечание. В библиотеке Max72xxPanel есть функция setRotation, которая задает ориентацию изображения на матрице. Например, если мы захотим повернуть смайл на 90 градусов, нужно будет сразу после вызова функции setIntensity вызвать setRotation с соответствующими аргументами:
matrix.setRotation( 0, 1 );
первый параметр — это индекс матрицы, в нашем случае он равен нулю; второй параметр — количество поворотов на 90 градусов.
Вывод текста с помощью библиотеки Adafruit-GFX-Library
Подобным же образом можно выводить на матрицу и любой другой символ, например, букву. Но чтобы иметь возможность отображать любую букву английского алфавита, нам необходимо будет определить в программе целых 26 восьмибайтных массива! Это очень муторно, и разумеется кто-то это уже сделал до нас.
В популярной библиотеке Adafruit-GFX-Library помимо функций для работы с графикой и текстом, имеется и база латинских букв в верхнем и нижнем регистрах, а также все знаки препинания и прочие служебные символы. Ссылка на библиотеку есть в конце статьи.
Отобразить символ на матрице можно с помощью функции drawChar.
drawChar( x, y, символ, цвет, фон, размер );
Первые два параметра функции отвечают за координаты верхнего левого угла символа. Третий параметр — это сам символ. Цвет символа в нашем случае будет равен 1 или HIGH, так как матрица двухцветная. Фон равен 0 или LOW. Последний параметр «размер» сделаем равным 1.
Напишем программу, которая будет по-очереди выводить на матрицу все буквы фразы: «HELLO WORLD!».
Примечание. В библиотеке Adafruit_GFX имеется множество функций для работы с графикой. Например, drawCircle( 3, 3, 2, HIGH ) начертит окружность с центром <3,3>и радиусом 2. Последний параметр — цвет, но в случае монохромной матрицы он равен 1 или HIGH. Функция drawLine( 0, 0, 3, 6, HIGH ) начертит отрезок между точками <0,0>и <3,6>.
Бегущая строка на max7219
И так надеюсь мы разобрались с устройством и принципом вывода на одиночную матрицу. Теперь перейдем непосредственно к бегущей строке.
Что потребуется?
Для реализации идеи потребуется совсем немного деталей:
- два светодиодных модуля, состоящих из четырёх матриц 8 на 8 пикселей;
- соединительные провода;
- плата Arduino Nano;
Схема
На печатной плате используемого светодиодного модуля расположено 4 матрицы размером 8 на 8 пикселей. Каждое светодиодное табло управляется микросхемой MAX7219.
MAX7219 представляет собой контроллер управления led-дисплеями, матрицами с общим катодом и дискретными светодиодами в количестве до 64 шт. Для более комфортного восприятия информации, выводимой на светодиодное табло, рекомендуется устанавливать несколько модулей. Для этого их объединяют в последовательно включенные группы, то есть выход первого модуля (out) подключают к входу второго модуля (in). Моя сборка состоит из двух модулей (16 матриц), длины которых вполне хватит для удобного прочтения целых предложений. При этом подключение сборки к Arduino производиться точно также как и к одиночному модулю.
Программирование бегущей строки.
Бегущая строка из Arduino и светодиодных модулей под управлением MAX7219 практически готова. Настало время перейти к заключающей, программной части.
Расписывать код не вижу смысла. Он и так хорошо прокомментирован. Однако есть некоторые особенности, о которых стоит упомянуть.
Примечание. Важно. Стандартная библиотека Adafruit_GFX изначально поддерживает только английские шрифты, поэтому ребята из России постарались и переписали библиотеку добавив русские шрифты и всякие вкусняшки. Все библиотеки и скетч доступны у меня на странице в GitHUB.
Кусок кода для работы с com-портом, нужен для того чтобы оперативно менять текст сообщения выводимого на светодиодный модуль. Однако он нужен нам не только для этого. В дальнейшем посредством этой функции мы свяжем наш Telegram Bot и бегущую строку на Arduino.
Если тебе понравилась статья, тогда поделись статьей со своими друзьями и оставь комментарий. Поддержи проект репостом или копеечкой.