# Project 9 Facial Expression LED Board ![image-20250510090912741](media/A87.png) ### **1.説明** ロボットに表情ボードが追加されたらどれほど楽しいでしょうか。Keyestudioの8\*16 LEDボードがその役割を果たします。これを使えば、自分で表情、画像、パターンなどの表示をデザインできます。 8\*16 LEDボードは128個のLEDを搭載しています。マイクロプロセッサ（Arduino）のデータは2線式バスインターフェースを通じてAiP1640と通信します。これにより、モジュール上の128個のLEDのオン・オフを制御し、モジュール上のドットマトリックスに必要なパターンを表示できます。配線の便宜のためにHX-2.54 4ピンケーブルが付属しています。 ### **2.仕様** - 動作電圧: DC 3.3-5V - 消費電力: 400mW - 発振周波数: 450KHz - 駆動電流: 200mA - 動作温度: -40〜80℃ - 通信方式: I2C ### **3.回路図** ![image-20250510091309725](media/A88.png) ### **4.動作原理** 8\*16ドットマトリックスの各LEDをどのように制御するか？1バイトは8ビットで、それぞれのビットは0か1です。0のときはLEDが消灯、1のときは点灯します。1バイトでLEDの1列を制御でき、16バイトで16列のLEDを制御できます。これが8\*16ドットマトリックスです。 ### **5.ピンの説明と通信プロトコル** マイクロプロセッサ（Arduino）のデータは2線式バスケーブルを通じてAiP1640と通信します。 通信プロトコル図は以下の通りです。（SCLK）はSCL、（DIN）はSDAです。 ![image-20250510091407219](media/A89.png) ①データ入力の開始条件：SCLが高レベルで、SDAが高から低に変化する。 ②データコマンド設定には以下の方法があります。 サンプルプログラムでは**アドレスを自動的に1ずつ加算する方法**を選択し、2進数は0100 0000、対応する16進数は0x40です。 ![Img](media/A90.png) ③アドレスコマンド設定は以下のように選択できます。 サンプルプログラムでは最初の00Hを選択し、2進数1100 0000は16進数0xc0に対応します。 ![Img](media/A91.png) ④データ入力の要件は、SCLが高レベルのときにSDAの信号は変化してはいけません。SCLが低レベルのときのみSDAの信号を変化させることができます。データは下位ビットから入力し、その後上位ビットです。 ⑤データ送信終了の条件は、SCLが低レベル、SDAが低レベルの状態からSCLが高レベルになったときにSDAが高レベルになることです。 ⑥表示制御では異なるパルス幅を設定できます。パルス幅は以下の図のように選択可能です。 例ではパルス幅は4/16で、2進数1000 1010に対応する16進数は0x8Aです。 ![Img](media/A92.png) **モジュールツールの使用方法** ドットマトリックスツールはオンライン版を使用し、リンクは：[http://dotmatrixtool.com/\#](http://dotmatrixtool.com/\#) ①リンクにアクセスすると以下のページが表示されます。 ![image-20250510091438524](media/A93.png) ②ドットマトリックスは8\*16なので、高さを8、幅を16に調整します。以下の図のように設定してください。 ![image-20250510091446519](media/A94.png) ③パターンから16進データを生成する 以下の図のように、左クリックで選択、右クリックでキャンセルし、表示したいパターンを描きます。生成ボタンをクリックすると必要な16進データが生成されます。 ![image-20250510091457463](media/A95.png) ### **6.部品** | Development Board *1 | 8833 Motor Driver *1 | USB Cable*1 | | ------------------------------------------------------------ | ------------------------------------------------------------ | ------------------------- | | ![img](media/A80.jpg) | ![img](media/A81.jpg) | ![img](media/A82.jpg) | | USB Cable*1 | HX-2.54 4P Dupont Wire 200mm *1 | | | ![image-20250512155818434](media/A96.png) | ![image-20250512155822969](media/A97.png) | | ### **7.配線図** ![cec50fec4a335b6922e4c6694a133bc1](media/A98.png) 8x16 LEDライトボードのGND、VCC、SDA、SCLはそれぞれkeyestudioセンサー拡張ボードの-(GND)、+ (VCC)、A4、A5に接続され、2線式シリアル通信を行います。 (注意： ArduinoのIICピンに接続されていますが、このモジュールはIIC通信用ではありません。ここでのIOポートはI2C通信をシミュレートするもので、任意の2つのピンに接続可能です)。 ### **8.テストコード** このコードはスマイルフェイスを表示します。 ```c //************************************************************************ /* keyestudio 4wd BT Car lesson 9.1 Matrix face http://www.keyestudio.com */ //Data from the smile pattern obtained from the touch tool unsigned char smile[] = {0x00, 0x00, 0x1c, 0x02, 0x02, 0x02, 0x5c, 0x40, 0x40, 0x5c, 0x02, 0x02, 0x02, 0x1c, 0x00, 0x00}; #define SCL_Pin A5 //クロックピンをA5に設定 #define SDA_Pin A4 //データピンをA4に設定 void setup() { //ピンを出力に設定 pinMode(SCL_Pin, OUTPUT); pinMode(SDA_Pin, OUTPUT); //クリア //matrix_display(clear); } void loop() { matrix_display(smile); //笑顔のパターンを表示 } //この関数はドットマトリックス表示用 void matrix_display(unsigned char matrix_value[]) { IIC_start(); //データ転送開始条件を呼び出す関数 IIC_send(0xc0); //アドレス選択 for (int i = 0; i < 16; i++) //パターンデータは16バイト { IIC_send(matrix_value[i]); //パターンのデータを送信 } IIC_end(); //パターンデータ送信終了 IIC_start(); IIC_send(0x8A); //表示制御、4/16パルス幅を選択 IIC_end(); } //データ送信開始条件 void IIC_start() { digitalWrite(SDA_Pin, HIGH); digitalWrite(SCL_Pin, HIGH); delayMicroseconds(3); digitalWrite(SDA_Pin, LOW); delayMicroseconds(3); digitalWrite(SCL_Pin, LOW); } //データ送信終了を示す void IIC_end() { digitalWrite(SCL_Pin, LOW); digitalWrite(SDA_Pin, LOW); delayMicroseconds(3); digitalWrite(SCL_Pin, HIGH); delayMicroseconds(3); digitalWrite(SDA_Pin, HIGH); delayMicroseconds(3); } //データ送信 void IIC_send(unsigned char send_data) { for (byte mask = 0x01; mask != 0; mask <<= 1) //各バイトは8ビットで、最下位ビットから順にチェック { if (send_data & mask) { //バイトの各ビットが1か0かに応じてSDA_Pinの高低レベルを設定 digitalWrite(SDA_Pin, HIGH); } else { digitalWrite(SDA_Pin, LOW); } delayMicroseconds(3); digitalWrite(SCL_Pin, HIGH); //クロックピンSCL_PinをHIGHにしてデータ送信を停止 delayMicroseconds(3); digitalWrite(SCL_Pin, LOW); //クロックピンSCL_PinをLOWにしてSDAの信号を変更 } } //************************************************************************ ``` ### **9.テスト結果** コードをV4.0ボードに正常にアップロードした後、配線図に従って配線を接続し、DIPスイッチをONにすると、LEDボードにスマイル型のパターンが表示されます。 ![95bb011957896b12285fc6763137bb9a](media/A99.png) ### **10.コード説明** 私たちは、先ほど学んだモジュールツール、[http://dotmatrixtool.com/\#](http://dotmatrixtool.com/\#) を使って、ドットマトリックスにスタートパターン、前進パターン、停止パターンを表示し、その後パターンをクリアします。時間間隔は2000 msです。 ![image-20250512155957415](media/A100.png)![image-20250512160002378](media/A101.png)![image-20250512160006841](media/A102.png)![image-20250512160010543](media/A103.png) **モジュールツールから得られたコード：** **スタートパターンのコード：** 0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01 **前進パターンのコード：** 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x24,0x12,0x09,0x12,0x24,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00 **後退パターンのコード：** 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x24,0x48,0x90,0x48,0x24,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00 **左折パターンのコード：** 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x44,0x28,0x10,0x44,0x28,0x10,0x44,0x28,0x10,0x00 **右折パターンのコード：** 0x00,0x10,0x28,0x44,0x10,0x28,0x44,0x10,0x28,0x44,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00 **停止パターンのコード：** 0x2E,0x2A,0x3A,0x00,0x02,0x3E,0x02,0x00,0x3E,0x22,0x3E,0x00,0x3E,0x0A,0x0E,0x00 **画面クリアのコード：** 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00 ![cec50fec4a335b6922e4c6694a133bc1](media/A104.png) ```c //************************************************************************ /* keyestudio 4wd BT Car lesson 9.2 Matrix face http://www.keyestudio.com */ //タッチツールから取得したスマイルパターンのデータ unsigned char start01[] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x80, 0x40, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02, 0x01}; unsigned char front[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x24, 0x12, 0x09, 0x12, 0x24, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}; unsigned char back[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x24, 0x48, 0x90, 0x48, 0x24, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}; unsigned char left[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x44, 0x28, 0x10, 0x44, 0x28, 0x10, 0x44, 0x28, 0x10, 0x00}; unsigned char right[] = {0x00, 0x10, 0x28, 0x44, 0x10, 0x28, 0x44, 0x10, 0x28, 0x44, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}; unsigned char STOP01[] = {0x2E, 0x2A, 0x3A, 0x00, 0x02, 0x3E, 0x02, 0x00, 0x3E, 0x22, 0x3E, 0x00, 0x3E, 0x0A, 0x0E, 0x00}; unsigned char clear[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}; #define SCL_Pin A5 //クロックピンをA5に設定 #define SDA_Pin A4 //データピンをA4に設定 void setup() { //ピンを出力に設定 pinMode(SCL_Pin, OUTPUT); pinMode(SDA_Pin, OUTPUT); //クリア //matrix_display(clear); } void loop() { matrix_display(start01); //スタートパターンを表示 delay(2000); matrix_display(front); //前進パターンを表示 delay(2000); matrix_display(STOP01); //停止パターンを表示 delay(2000); matrix_display(clear); //画面をクリア delay(2000); } //この関数はドットマトリックス表示用 void matrix_display(unsigned char matrix_value[]) { IIC_start(); //データ転送開始条件を呼び出す関数 IIC_send(0xc0); //アドレスを選択 for (int i = 0; i < 16; i++) //パターンデータは16バイトです { IIC_send(matrix_value[i]); //パターンのデータを送信します } IIC_end(); //パターンデータ送信終了 IIC_start(); IIC_send(0x8A); //表示制御、4/16パルス幅を選択 IIC_end(); } //データ送信が開始される条件 void IIC_start() { digitalWrite(SDA_Pin, HIGH); digitalWrite(SCL_Pin, HIGH); delayMicroseconds(3); digitalWrite(SDA_Pin, LOW); delayMicroseconds(3); digitalWrite(SCL_Pin, LOW); } //データ送信の終了を示す void IIC_end() { digitalWrite(SCL_Pin, LOW); digitalWrite(SDA_Pin, LOW); delayMicroseconds(3); digitalWrite(SCL_Pin, HIGH); delayMicroseconds(3); digitalWrite(SDA_Pin, HIGH); delayMicroseconds(3); } //データ送信 void IIC_send(unsigned char send_data) { for (byte mask = 0x01; mask != 0; mask <<= 1) //各バイトは8ビットで、最下位からビット単位でチェックします { if (send_data & mask) { //バイトの各ビットが1か0かに応じてSDA_Pinの高低レベルを設定します digitalWrite(SDA_Pin, HIGH); } else { digitalWrite(SDA_Pin, LOW); } delayMicroseconds(3); digitalWrite(SCL_Pin, HIGH); //クロックピンSCL_Pinを高レベルにしてデータ送信を停止します delayMicroseconds(3); digitalWrite(SCL_Pin, LOW); //クロックピンSCL_Pinを低レベルにしてSDAの信号を変化させます } } //************************************************************************ ``` テストコードをアップロードすると、表情ボードはこれらのパターンを順番に表示し、このシーケンスを繰り返します。 ![image-20250512160131674](media/A105.png)![image-20250512160135717](media/A106.png)![image-20250512160139283](media/A107.png)