プロジェクト9: 8×16 表情LEDドットマトリクス
(1)概要:
ロボットに表情ボードを追加したら楽しくないでしょうか？Keyestudio 8×16 LEDドットマトリクスがその役割を果たします。これを使えば、表情、画像、パターンなどの表示を自分でデザインすることができます。
8×16 LEDボードには128個のLEDが搭載されています。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クスに必要なパターンを表示させることができます。配線を簡単にするためにHX-2.54 4Pin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: 2線式バス
(3)知識:
8×16 LEDドットマトリクスの回路
8×16 LEDドットマトリクスの原理
8×16ドットマトリクスの各LEDをどのように制御するのでしょうか？各バイトは8ビットを持ち、各ビットは0または1です。0の場合LEDはオフ、1の場合LEDはオンになります。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ドットマトリクスです。
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。
通信プロトコルの図は以下の通りです（SCLKはSCL、DINはSDAです）。
①データ入力の開始条件: SCLがハイレベルの時にSDAがハイからローに変化します。
②データコマンドの設定方法は以下の図の通りです。
サンプルプログラムでは、アドレスを自動的に1加算する方法を選択しており、2進数値は0100 0000、対応する16進数値は0x40です。
③アドレスコマンドの設定では、以下のようにアドレスを選択できます。
サンプルプログラムでは最初の00Hを選択しており、2進数1100 0000は16進数0xc0に対応します。
④データ入力の要件として、データ入力時にSCLがハイレベルの場合、SDA上の信号は変化してはなりません。SCLのクロック信号がローレベルの時のみ、SDA上の信号を変更できます。データの入力は下位ビットが先で、上位ビットが後です。
⑤データ転送終了の条件は、SCLがローレベルでSDAがローレベルの時にSCLがハイレベルになり、SDAのレベルがハイになることです。
⑥表示制御として、異なるパルス幅を設定します。パルス幅は以下の図のように選択できます。
例ではパルス幅は4/16で、1000 1010に対応する16進数は0x8Aです。
モジュールツールの使い方の説明
ドットマトリクスツールはオンライン版を使用します。リンクは以下の通りです: http://dotmatrixtool.com/#
①リンクにアクセスすると、以下のようなページが表示されます。
②ドットマトリクスは8×16なので、高さを8、幅を16に調整します（以下の図参照）。
③パターンから16進数データを生成します。
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ます。描きたいパターンを描き、「Generate」をクリックすると、必要な16進数データが生成されます。
(4)接続図:
8×16 LED光ボードのGND、VCC、SDA、SCLは、2線式シリアル通信のために拡張ボードのG(GND)、V(VCC)、A4、A5にそれぞれ接続されています。
(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。ここのIOポートはI2C通信をシミュレートするためのもので、任意の2つのピンに接続できます。)
(5)テストコード:
ブロックをドラッグしてコードを編集することもできます（以下参照）。
完全なテストコード
(注意: コードをアップロードする前にBluetoothモジュールを接続しないでください。コードのアップロードにもシリアル通信を使用するため、Bluetoothシリアル通信と競合が発生し、アップロードに失敗する可能性があります。)
(6)テスト結果:
テストコードを正常にアップロードし、配線を行い、DIPスイッチをON側に切り替えて電源を入れると、ドットマトリクスに笑顔のパターンが表示されます。
(7)応用練習:
先ほど学んだモジュールツール http://dotmatrixtool.com/# を使って、ドットマトリクスにスタート、前進、停止のパターンを表示させ、その後パターンをクリアします。時間間隔は2000ミリ秒です。
笑顔を表示するブロック
表情を表示するコード
ハートを表示するブロック
前進するコード
後退するブロック
左折するブロック
右折するブロック
停止するブロック
クリアするブロック
ブロックをドラッグしてコードを編集することもできます（以下参照）。
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（3）
完全なテストコード
(注意: コードをアップロードする前にBluetoothモジュールを接続しないでください。コードのアップロードにもシリアル通信を使用するため、Bluetoothシリアル通信と競合が発生し、アップロードに失敗する可能性があります。)
コードを開発ボードにアップロードすると、8×16ボードに以下のパターンが表示されます。
