Raspberry Pi4 輕鬆實作系列之 LED Matrix

在簡單的控制 LED 亮暗後，剛好手邊有一顆 8x8 的 LED Matrix ，當然就要拿來玩看看囉…

先了解一下 LED Matrix 的資訊

這款有二種規格，一個為共陰，一個為共陽。

21588 是共陰，也就是陰極全部接在一起的意思，會以高電位來控制亮暗。

11588 是共陽，也就是陽極全部接在一起的意思，會以低電位來控制亮暗。

而控制上的差異主要在邏輯上的分別，共陰的控制比較直觀，控制線路高電位為亮，低電位為暗。而共陽在控制上相反。

不過，在 LED Matrix 來說，看起來是以 ROW 的角度來定義共陰或共陽。而在控制上基本上可以自己習慣的方式來設計。當然，若接外部電源或是外接 LED 驅動模組的話，就需要另外考慮。這次先以最簡單的 PI4 直推 LED 來做實驗。

底下是 11588 這顆的腳位配置圖

再來是這次實驗 11588 和 PI4 GPIO 的接線圖

一共用了 16 根 GPIO ，是比較直觀的用法。

整理一下 PIN 的對應關係

接完線路後的狀態

目前，硬體準備完畢，開始進行程式的開發。

由於會用到 16根 GPIO，所以先將會用到的 GPIO 定義好，方便後續使用

一開始當然是先驗証看看線路和硬體是否有問題，所以先寫了二個簡單的函數

主程式如下：

主要功能就是一顆一顆點亮，確認線路和 LED Matrix 是否有問題。

實際的影片如下：

在認硬體以及接線沒問題後，就可以進行顯示數字的功能了。

因為是點陣的方式來顯示，若要顯示數字的話，會需要把數字改成 8x8 的點陣方式，所以先進行數字圖像的轉換。

這裡是先以 excel 的格子來試畫，也方便轉成 byte 的方式來使用。

基於點陣資料，在程式內先定義每組數字圖像如下：

再設計主要顯示每組字元的方式

設計的邏輯是，同一時間只顯示單行，然後再順序顯示不同行，利用視覺暫留的特性，就能看到整個圖像的顯示。

實際的顯示流程如下：

在很快的顯示後，就會像8行疊在一起的結果

實際的影片如下：

本次實驗的完整程式如下：

from gpiozero import LED
from time import sleep

led_col = [LED(26), LED(4), LED(17), LED(6), LED(22), LED(13), LED(20), LED(21)]
led_row = [LED(5), LED(16), LED(9), LED(19), LED(2), LED(10), LED(3), LED(27)]
digital = [[0x3C, 0x42, 0x42, 0x42, 0x42, 0x42, 0x42, 0x3C],  # 0
           [0x18, 0x38, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x7E],  # 1
           [0x3C, 0x66, 0x42, 0x04, 0x08, 0x30, 0x60, 0x7E],  # 2
           [0x3C, 0x42, 0x02, 0x1C, 0x02, 0x02, 0x42, 0x3C],  # 3
           [0x0C, 0x14, 0x24, 0x44, 0x44, 0x7E, 0x04, 0x04],  # 4
           [0x7E, 0x40, 0x7C, 0x06, 0x02, 0x42, 0x66, 0x3C],  # 5
           [0x3C, 0x42, 0x40, 0x7C, 0x66, 0x42, 0x66, 0x3C],  # 6
           [0x7E, 0x42, 0x06, 0x04, 0x0C, 0x08, 0x18, 0x10],  # 7
           [0x3C, 0x42, 0x42, 0x3C, 0x42, 0x42, 0x42, 0x3C],  # 8
           [0x3C, 0x66, 0x42, 0x66, 0x3E, 0x02, 0x42, 0x3C]]  # 9
           
led_size_col = len(led_col)
led_size_row = len(led_row)

def clean_all():
  for col in range(led_size_col):
    led_col[col].on()
  for row in range(led_size_row):
    led_row[row].off()


def light_one(col, row):
  led_col[col].off()
  led_row[row].on()
  
count_col = 0
count_row = 0

def light_digital(num):
  digital_data = digital[num]
  for col in range(led_size_col):
    for row in range(led_size_row):
      light = (digital_data[col] >> row) & 0x01
      if light == 1:
        led_row[row].on()
      else:
        led_row[row].off()
    led_col[col].off()
    sleep(0.001)
    led_col[col].on()

count_num = 0
digital_num = 0

while True:
  # 測試每個點是否能正常顯示
#  clean_all()
#  sleep(0.1)
#  light_one(count_col,count_row)
#  sleep(0.1)
#  count_row = count_row + 1
#  if count_row >= led_size_row:
#    count_row = 0
#    count_col = count_col + 1
#    if count_col >= led_size_col:
#      count_col = 0
      
  # 進行數字圖像顯示
  light_digital(digital_num)
  count_num = count_num + 1
  if count_num > 50 :
    count_num = 0
    digital_num = digital_num + 1
    if digital_num >= 10:
      digital_num = 0