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.

[rev_slider Max7219]

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.

#include <SPI.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Max72xxPanel.h>

int pinCS = 10;
int numberOfHorizontalDisplays = 1; // количество матриц по-горизонтали
int numberOfVerticalDisplays = 1; // количество матриц по-вертикали

Max72xxPanel matrix = Max72xxPanel(pinCS, numberOfHorizontalDisplays, numberOfVerticalDisplays);

void setup() {
    matrix.setIntensity(4); // яркость от 0 до 15
}

void loop() {
    matrix.drawPixel(3, 4, HIGH); // зажигаем пиксель с координатами {3,4}
    matrix.write(); // вывод всех пикселей на матрицу
    delay(300);
    matrix.drawPixel(3, 4, LOW); // гасим пиксель
    matrix.write();
    delay(300);
}

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.

#include <SPI.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Max72xxPanel.h>

int pinCS = 10;
int numberOfHorizontalDisplays = 1; // количество матриц по-горизонтали
int numberOfVerticalDisplays = 1; // количество матриц по-вертикали

Max72xxPanel matrix = Max72xxPanel(pinCS, numberOfHorizontalDisplays, numberOfVerticalDisplays);

const byte data[8] = {
    0b00111100,
    0b01000010,
    0b10100101,
    0b10000001,
    0b10100101,
    0b10011001,
    0b01000010,
    0b00111100
};

void setup() {
    matrix.setIntensity(7); // яркость от 0 до 15

    matrix.fillScreen(LOW); // очистка матрицы
    for ( int y = 0; y < 8; y++ ) {
        for ( int x = 0; x < 8; x++ ) {
            // зажигаем x-й пиксель в y-й строке
            matrix.drawPixel(x, y, data[y] & (1<<x));
        }
    }
    matrix.write(); // вывод всех пикселей на матрицу
}

void loop() {
}

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!».

#include <SPI.h> 
#include <Adafruit_GFX.h> 
#include <Max72xxPanel.h>

int pinCS = 10;
int numberOfHorizontalDisplays = 1;
int numberOfVerticalDisplays = 1;

Max72xxPanel matrix = Max72xxPanel(pinCS, numberOfHorizontalDisplays, numberOfVerticalDisplays);

String tape = «HELLO WORLD»;
int wait = 800;

void setup() {
matrix.setIntensity(1); // яркость от 0 до 15
}

void loop() {
for ( int i = 0 ; i < tape.length(); i++ ) {
matrix.fillScreen(LOW);
matrix.drawChar(0, 0, tape[i], HIGH, LOW, 1);
matrix.write();
delay(wait);
}
}

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.

[rev_slider MAX7219BY8]

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.

#include <SPI.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Max72xxPanel.h>

int pinCS = 10; // Подключаем CS к 10-му пину, DIN к MOSI и CLK к SCK 
int numberOfHorizontalDisplays = 1; // Количество модулей по горизонтали
int numberOfVerticalDisplays = 8; // Количество модулей по вертикали
Max72xxPanel matrix = Max72xxPanel(pinCS, numberOfHorizontalDisplays, numberOfVerticalDisplays);

String tape = "";
int wait = 10; // Скорость прокрутки в миллисикундах

int spacer = 1; // Промежуток между символами (кол-во точек)
int width = 5 + spacer; // Ширина символа 

/* Перекодировка русского шрифта из UTF-8 в Windows-1251 */

String utf8rus(String source)
{
  int i,k;
  String target;
  unsigned char n;
  char m[2] = { '0', '\0' };

  k = source.length(); i = 0;
  while (i < k) {
    n = source[i]; i++;
    if (n >= 0xC0) {
      switch (n) {
        case 0xD0: {
          n = source[i]; i++;
          if (n == 0x81) { n = 0xA8; break; }
          if (n >= 0x90 && n <= 0xBF) n = n + 0x2F;
          break;
        }
        case 0xD1: {
          n = source[i]; i++;
          if (n == 0x91) { n = 0xB7; break; }
          if (n >= 0x80 && n <= 0x8F) n = n + 0x6F;
          break;
        }
      }
    }
    m[0] = n; target = target + String(m);
  }
return target;
}
/* Код для работы с com-портом */
String Serial_Read() {
  unsigned char c; // переменная для чтения сериал порта
  String Serial_string = ""; // Формируемая из символов строка
  while (Serial.available() > 0) { // Если в сериал порту есть символы
    c = Serial.read(); // Читаем символ
    //Serial.print(c,HEX); Serial.print(" "); Serial.print(c);
    if (c == '\n') {  // Если это конец строки
          return Serial_string; // Возвращаем строку 
    }
    if (c == 0xB8) c = c - 0x01;  // Коррекция кодов символа под таблицу ???? так как русские символы в таблице сдвинуты относительно стандартной кодировки utf на 1 символ
    if (c >= 0xBF && c <= 0xFF) c = c - 0x01;
    Serial_string = Serial_string + String(char(c)); //Добавить символ в строку
  }
  return Serial_string; 
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  tape = utf8rus("QSY.BY Amateur Radio WorkShop"); // Этот текст выводиться при включении или если в com-порт не пришла информация 
  matrix.setIntensity(3); // Яркость от 0 до 15
  matrix.setRotation(matrix.getRotation()+3); //1 - 90  2 - 180   3 - 270

}
void loop() {

  if (Serial.available()){
    tape=Serial_Read();
  } 
  for ( int i = 0 ; i < width * tape.length() + matrix.width() - 1 - spacer; i++ ) 
       {
    matrix.fillScreen(LOW);

    int letter = i / width; // Номер символа выводимого на матрицу 
    
    int x = (matrix.width() - 1) - i % width;  
    int y = (matrix.height() - 8) / 2; // Центрируем текст по вертикали

    while ( x + width - spacer >= 0 && letter >= 0 ) {
      if ( letter < tape.length() ) {
        matrix.drawChar(x, y, tape[letter], HIGH, LOW,1);
      }
      letter--;
      x -= width;
    }
    matrix.write(); // Вывод сообщения на экран
    delay(wait);
  }
}

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.

4 КОММЕНТАРИИ

  1. Здравствуйте, очень интересный проект! Начну с самой сути моей проблемы, я работаю на сборочной линии и после определенного количества производимой продукции мне приходится ходить в конец линии (около 10-15м,) каждые 15 минут. Счетчик есть только на пульте управления. Так вот мне бы хотелось собрать табло 16х64 из таких же матриц на ардуино с цифровой клавиатурой работающая без компьютера. Проблема лишь только в том что я почти ни чего в этом не понимаю, могу прошивку залить на дуино и спаять всё. Хотелось бы получить помощи или совета по созданию табло. За ранее спасибо.
    P.S. Ардуино, матрица, клавиатура и блок питания.

Добавить комментарий для EU4DGC Отменить ответ

Пожалуйста, введите ваш комментарий!
пожалуйста, введите ваше имя здесь

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.