Max7219 и пара проводов. Бегущая строка

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.

#include #include #include 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 #include #include 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 = { 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<

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 #include #include 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.

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 #include #include 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 = { "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 = 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("сайт 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, 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 и бегущую строку на Arduino.

Для работы с символьными графическими дисплеями предлагаем воспользоваться библиотекой LiquidCrystal которая входит в стандартный набор Arduino IDE и предназначена для работы по 8-битному (4-битному) параллельному интерфейсу. Если Ваш дисплей подключается к Arduino по шине I2, то Вам нужно установить библиотеку LiquidCrystal_I2C (большинство функций которой повторяют функции первой библиотеки).

Поддерживаемые дисплеи:

Дисплей	Подключение и инициализация
LCD1602 - символьный дисплей (16x02 символов),	#include [ , 8 , 9 , 10 , 11 ]); void setup(){ lcd.begin(16 , 2); } // Пояснение: void setup(){ ОБЪЕКТ.begin(КОЛ_СТОЛБЦОВ, КОЛ_СТРОК); } LiquidCrystal ОБЪЕКТ (RS , E , D0 , D1 , D2 , D3 , D4 , D5 , D6 , D7);
с интерфейсом I2C (синий)	#include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27 или 0x3F , 16 , 2); void setup(){ lcd.init(); } // Пояснение:
LCD1602 I2C - символьный дисплей (16x02 символов), с интерфейсом I2C (зелёный)	#include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27 или 0x3F , 16 , 2); void setup(){ lcd.init(); } // Пояснение: LiquidCrystal_I2C ОБЪЕКТ (АДРЕС_I2C , КОЛ_СТОЛБЦОВ, КОЛ_СТРОК); // АДРЕС_I2C может быть либо 0x27, либо 0x3F
LCD2004 - символьный дисплей (20x04 символов), с параллельным интерфейсом (синий)	#include LiquidCrystal lcd(2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 [ , 8 , 9 , 10 , 11 ]); void setup(){ lcd.begin(20 , 4); } // Пояснение: LiquidCrystal ОБЪЕКТ (RS , E , D4 , D5 , D6 , D7); void setup(){ ОБЪЕКТ.begin(КОЛ_СТОЛБЦОВ, КОЛ_СТРОК); } // Если используется 8 проводов шины данных, то указываем их все LiquidCrystal ОБЪЕКТ (RS , E , D0 , D1 , D2 , D3 , D4 , D5 , D6 , D7);
LCD2004 I2C - символьный дисплей (20x04 символов), с интерфейсом I2C (синий)	#include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27 или 0x3F , 20 , 4); void setup(){ lcd.init(); } // Пояснение: LiquidCrystal_I2C ОБЪЕКТ (АДРЕС_I2C , КОЛ_СТОЛБЦОВ, КОЛ_СТРОК); // АДРЕС_I2C может быть либо 0x27, либо 0x3F

#1 Пример

Выводим надпись на дисплей LCD1602 подключённый по шине I2C. Для работы с дисплеем LCD2004 нужно изменить 3 строку на LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,20,4);

#include // Подключаем библиотеку для работы с LCD дисплеем по шине I2C LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); // Объявляем объект библиотеки, указывая параметры дисплея (адрес I2C = 0x27, количество столбцов = 16, количество строк = 2) // Если надпись не появилась, замените адрес 0x27 на 0x3F void setup(){ // lcd.init(); // Инициируем работу с LCD дисплеем lcd.backlight(); // Включаем подсветку LCD дисплея lcd.setCursor(0, 0); // Устанавливаем курсор в позицию (0 столбец, 0 строка) lcd.print("LCD"); // Выводим текст "LCD", начиная с установленной позиции курсора lcd.setCursor(0, 1); // Устанавливаем курсор в позицию (0 столбец, 1 строка) lcd.print("www.iarduino.ru"); // Выводим текст "www.iarduino.ru", начиная с установленной позиции курсора } // // void loop(){} // Код внутри функции loop выполняется постоянно. Но так как мы выводим статичный текст, нам достаточно его вывести 1 раз при старте, без использования кода loop

#2 Пример

Выводим надпись на дисплей LCD1602 подключённый по 4-битной параллельной шине. Для работы с дисплеем LCD2004 нужно изменить 5 строку на lcd.begin(20, 4);

#include // Подключаем библиотеку LiquidCrystal для работы с LCD дисплеем LiquidCrystal lcd(2,3,4,5,6,7); // Объявляем объект библиотеки, указывая выводы дисплея (RS,E,D4,D5,D6,D7) // Если используется 8 проводов шины данных, то указываем (RS,E,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7) void setup(){ // lcd.begin(16, 2); // Инициируем работу с LCD дисплеем, указывая количество (столбцов, строк) lcd.setCursor(0, 0); // Устанавливаем курсор в позицию (0 столбец, 0 строка) lcd.print("LCD2004"); // Выводим текст "LDC1602", начиная с установленной позиции курсора lcd.setCursor(0, 1); // Устанавливаем курсор в позицию (0 столбец, 1 строка) lcd.print("www.iarduino.ru"); // Выводим текст "www.iarduino.ru", начиная с установленной позиции курсора } // // void loop(){} // Код внутри функции loop выполняется постоянно. Но так как мы выводим статичный текст, нам достаточно его вывести 1 раз при старте, без использования кода loop

#3 Пример

Выводим надпись «Русский язык» на дисплей LCD1602 подключённый по шине I2C:

#include // Подключаем библиотеку для работы с шиной I2C #include // Подключаем библиотеку для работы с LCD дисплеем по шине I2C LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); // Объявляем объект библиотеки, указывая параметры дисплея (адрес I2C = 0x27, количество столбцов = 16, количество строк = 2) // uint8_t symbol = { // Объявляем массив из 6 собственных символов (к и й я з ы), каждый символ состоит из 8 байт { 0, 0,18,20,24,20,18, 0 }, // к { 0, 0,17,19,21,25,17, 0 }, // и {10, 4,17,19,21,25,17, 0 }, // й { 0, 0,15,17,15, 5, 9, 0 }, // я { 0, 0,14,17, 6,17,14, 0 }, // з { 0, 0,17,17,29,19,29, 0 }}; // ы // void setup(){ // lcd.init(); // Инициируем работу с LCD дисплеем lcd.backlight(); // Включаем подсветку LCD дисплея lcd.createChar(1, symbol); // Загружаем 1 символ "к" в ОЗУ дисплея lcd.createChar(2, symbol); // Загружаем 2 символ "и" в ОЗУ дисплея lcd.createChar(3, symbol); // Загружаем 3 символ "й" в ОЗУ дисплея lcd.createChar(4, symbol); // Загружаем 4 символ "я" в ОЗУ дисплея lcd.createChar(5, symbol); // Загружаем 5 символ "з" в ОЗУ дисплея lcd.createChar(6, symbol); // Загружаем 6 символ "ы" в ОЗУ дисплея lcd.setCursor(0, 0); // Устанавливаем курсор в позицию (0 столбец, 0 строка) lcd.print("Pycc\1\2\3 \4\5\6\1"); // Выводим текст "Pycckий языk", где "Pycc" написано латиницей, а "kий языk" - символами из ОЗУ дисплея } // Если нужно вывести символ из ОЗУ дисплея, то пишем \ и номер символа // void loop(){} // Код внутри функции loop выполняется постоянно. Но так как мы выводим статичный текст, нам достаточно его вывести 1 раз при старте, без использования кода loop

#4 Пример

Выводим время прошедшее после старта на дисплей LCD1602 подключённый по шине I2C:

#include // Подключаем библиотеку для работы с шиной I2C #include // Подключаем библиотеку для работы с LCD дисплеем по шине I2C LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); // Объявляем объект библиотеки, указывая параметры дисплея (адрес I2C = 0x27, количество столбцов = 16, количество строк = 2) // uint8_t tim_D, tim_H, tim_M, tim_S; // Объявляем переменные для хранения дней, часов, минут и секунд. uint32_t tim; // Объявляем переменную для хранения общего количества времени прошедшего после старта. // Если надпись не появилась, замените адрес 0x27 на 0x3F void setup(){ // lcd.init(); // Инициируем работу с LCD дисплеем lcd.backlight(); // Включаем подсветку LCD дисплея } // // void loop(){ // // Получаем время прошедшее после старта: // tim = millis() / 1000; // Получаем общее количество секунд (максимум 4"294"967 сек ≈ 49,7 дней). tim_S = tim % 60; // Получаем секунды: остаток от деления всех секунд на минуту (60 сек). tim = (tim-tim_S) / 60; // Получаем общее количество минут. tim_M = tim % 60; // Получаем минуты: остаток от деления всех минут на час (60 мин). tim = (tim-tim_M) / 60; // Получаем общее количество часов. tim_H = tim % 24; // Получаем часы: остаток от деления всех часов на день (24 час). tim_D = (tim-tim_H) / 24; // Получаем общее количество дней. // Выводим время прошедшее после старта: // if (millis()%1000<100){ // Условие выполняется в течении 100 первых миллисекунд каждой новой секунды. delay(100); lcd.setCursor(0, 0); // Устанавливаем курсор в позицию (0 столбец, 0 строка). lcd.print("Days: "); // Выводим текст. if(tim_D<10){lcd.print(0);} // Выводим 0 перед количеством дней. lcd.print(tim_D); // Выводим количество дней. lcd.setCursor(0, 1); // Устанавливаем курсор в позицию (0 столбец, 1 строка) lcd.print("Time: "); // Выводим текст. if(tim_H<10){lcd.print(0);} // Выводим 0 перед количеством часов. lcd.print(tim_H); // Выводим количество часов. lcd.print(":"); // Выводим символ. if(tim_M<10){lcd.print(0);} // Выводим 0 перед количеством минут. lcd.print(tim_M); // Выводим количество минут. lcd.print(":"); // Выводим символ. if(tim_S<10){lcd.print(0);} // Выводим 0 перед количеством секунд. lcd.print(tim_S); // Выводим количество секунд. } // } //

Функции, общие для библиотек LiquidCrystal и LiquidCrystal_I2C:

• begin(cols,rows,); – Инициализация дисплея с указанием количества столбцов, строк и размера символа.
• clear(); – Очистка дисплея с установкой курсора в положение 0,0 (Занимает много времени!).
• home(); – Установка курсора в положение 0,0 (Занимает много времени!).
• display(); – Быстрое включение дисплея (без изменения данных в ОЗУ).
• noDisplay(); – Быстрое выключение дисплея (без изменения данных в ОЗУ).
• blink(); – Включение мигающего курсора (с частотой около 1 Гц).
• noBlink(); – Выключение мигающего курсора.
• cursor(); – Включение подчеркивания курсора.
• noCursor(); – Выключение подчеркивания курсора.
• scrollDisplayLeft(); – Прокрутка дисплея влево. Сдвиг координат дисплея на один столбец влево (без изменения ОЗУ).
• scrollDisplayRight(); – Прокрутка дисплея вправо. Сдвиг координат дисплея на один столбец вправо (без изменения ОЗУ).
• leftToRight(); – Указывает в дальнейшем сдвигать положение курсора, после вывода очередного символа, на один столбец вправо.
• rightToLeft(); – Указывает в дальнейшем сдвигать положение курсора, после вывода очередного символа, на один столбец влево.
• noAutoscroll(); – Указывает в дальнейшем выравнивать текст по левому краю от позиции курсора (как обычно).
• autoscroll(); – Указывает в дальнейшем выравнивать текст по правому краю от позиции курсора.
• createChar(num,array); – Запись пользовательского символа в CGRAM дисплея под указанным номером.
• setCursor(col,row); – Установка курсора в позицию указанную номером колонки и строки.
• print(text); – Вывод текста, символов или цифр на экран дисплея. Синтаксис схож с одноимённой функцией класса Serial.

Функции, реализованные только в библиотеке LiquidCrystal_I2C:

• init(); – Инициализация дисплея. Должна быть первой командой библиотеки LiquidCrystal_I2C после создания объекта. На самом деле данная функция есть и в библиотеке LiquidCrystal, но в той библиотеке она вызывается автоматически (по умолчанию) при создании объекта.
• backlight(); – Включение подсветки дисплея.
• noBacklight(); – Выключение подсветки дисплея.
• setBacklight(flag); – Управление подсветкой (true - включить / false - выключить), используется вместо функций noBacklight и backlight.

Подключение: