Бегущая строка на дисплее 1602. 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.

Ежегодно на вывесках магазинов, улицах и переходах устанавливаются панели, отражающие рекламные записи в виде текста. Огоньки на панелях зажигаются по-разному: строки передвигаются вверх, вниз, в правую и левую сторону. Также актуальны светящиеся картинки.

Такие аксессуары прохожие не оставят без внимания. Многие начинающие электронщики интересуется тем, как устроена эта конструкция и что требуется для создания. Изделие легко изготавливается в домашних условиях. Статья познакомит начинающего любителя электронных устройств с принципами работы бегущей строки, где Ардуино используется в качестве основного компонента.

Бегущая строка на Ардуино – электронное изделие, в основе которого лежит микроконтроллер Arduino. Рабочая область прибора покрыта светодиодами. Основное предназначение – транслирование изображения и текстовых сообщений. Данные могут быть статичными и анимированными.

Световые строки создаются с помощью модулей. Размер по умолчанию – 32х16 см. Область, предназначенная под рабочую поверхность, напрямую зависит отношению количеству модулей и их размеру.

Кроме того, в строку вставлен контроллер, роль которого – управление картинкой. Устройство работает в автономном режиме. Чтобы изменить текстовое послание или изображение, бегущую строку подключают к компьютеру. Профиль из алюминия держит всю конструкцию.

По цветовой гамме различают 2 вида бегущей строки на Arduino:

1. Монохромный или одноцветный.
2. Разные оттенки – обычно 8 цветов, здесь также включен черный фон.

Больше всего люди предпочитают красный оттенок, так как он наиболее насыщенный. Также не менее популярен белый цвет. Если белые огоньки ярко пылают на черном фоне, текст выглядит более аккуратно.

Все данные пользователь помещает в память микроконтроллера. Для обновления картинки или строки существует несколько методов:

1. Базовый – через USB-кабель. Микропроцессор Ардуино подключается через USB-порт к компьютерному устройству. С компьютера разработчик переносит свой программный код в память микропроцессора.
2. По сети через Лан-кабель. Способ предусмотрен для тех пользователей, которые постоянно обновляют электронную строку. Техника подключения аналогична предыдущему пункту.

По типу различают бегущие доски, сделанные для интерьера и применения на улице. Уличные часто защищены специальным козырьком, чтобы на светодиоды не попала дождевая вода.

Необходимый набор инструментов и материалов

Ниже приведена таблица с подробным описанием инструментов, которые понадобятся для конструирования бегущих огней на Ардуино.

Чертежи и схемы

Чтобы управлять светодиодной лентой, в первую очередь, понадобится дать напряжение в аноды портов с номерами от 2-х до 9. После этого напряжение подается прямиком в катоды. Для этого понадобится блок транзисторов.

Внимание! На выходе у платформы получается 5 Вольт. Чтобы подключить аноды в плате, необходимо использовать резисторы, которые будут работать в 220 Ом. В то же время для подключения блока транзисторов к выходам потребуются резисторы на 1 КОм.

В проект включено использование биполярных транзисторов 2N2904. Если подцепить все транзисторы к своему контакту на матричной платформе, понадобится всего 10 штук транзисторов. При конструировании электронных устройств такой вид транзисторов наиболее популярен и подходит по всем критериям и условиям разработки бегущей строки на Ардуино. В созданную систему будет подаваться небольшое напряжение.

Объясним то, как происходит загорание огоньков на ленте. Выбирается 1 контакт, который отвечает за подачу сигнала в анод светодиода. На базу эмиттера, одновременно с предыдущим действием, подается сигнал с выходного отверстия на счетчике. Поэтому от коллектора транзистора напряжение переходит прямиком в катоды светодиодов. На матричной поверхности аноды на соседних строчках переплетаются с катодами соседних столбцов. Поэтому пользователь может наблюдать явление, когда одновременно загорается вся бегущая строка.

Есть еще один вариант исполнения:

Схема будет выглядеть так:

Программная часть

Для первого варианта исполнения код может выглядеть так:

Void setup(){ int i; for(i = 2; i < 10; i++) pinMode(i,OUTPUT); pinMode(clock,OUTPUT); pinMode(reset,OUTPUT); digitalWrite(reset,HIGH); delayMicroseconds(5); digitalWrite(reset,LOW); } void display_symbol(int loops) { for(x=0;x-1;y--){ byte temp = symbols[x][y]; byte temp_2=symbols[y]; byte val = (temp<>7-z); for(int i =0; i<8; i++) digitalWrite(i+2, (val>>i)&B00000001); delayMicroseconds(800); digitalWrite(clock,HIGH); delayMicroseconds(5); digitalWrite(clock,LOW); } } } } }

Программный код для осуществления проекта “бегущей строки на ардуино” во втором случае такой:

Int RGB1 =12; int RGB2 =11; int RGB3 =10; int RGB4 =9; int RGB5 =8; int RGB6 =7; int RGB7 =6; int RGB8 =5; int RGB9 =4; int RGB10 =3; int key1 =A3; int key2 =A2; int key3 =A1; int key4 =A0; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(RGB1, OUTPUT); pinMode(RGB2, OUTPUT); pinMode(RGB3, OUTPUT); pinMode(RGB4, OUTPUT); pinMode(RGB5, OUTPUT); pinMode(RGB6, OUTPUT); pinMode(RGB7, OUTPUT); pinMode(RGB8, OUTPUT); pinMode(RGB9, OUTPUT); pinMode(RGB10, OUTPUT); pinMode(key1, INPUT_PULLUP); pinMode(key2, INPUT_PULLUP); pinMode(key3, INPUT_PULLUP); pinMode(key4, INPUT_PULLUP); } void loop() { int key1Value = analogRead(key1); int key2Value = analogRead(key2); int key3Value = analogRead(key3); int key4Value = analogRead(key4); if (key1Value <= 100) { delay(30); if (key1Value <= 100) { digitalWrite(RGB5,HIGH); digitalWrite(RGB6, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB4, HIGH); digitalWrite(RGB7,HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB3, HIGH); digitalWrite(RGB8, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB2,HIGH); digitalWrite(RGB9, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB1, HIGH); digitalWrite(RGB10, HIGH); delay(1000); } else { digitalWrite(RGB1, LOW); digitalWrite(RGB2, LOW); digitalWrite(RGB3, LOW); digitalWrite(RGB4, LOW); digitalWrite(RGB5, LOW); digitalWrite(RGB6, LOW); digitalWrite(RGB7, LOW); digitalWrite(RGB8, LOW); digitalWrite(RGB9, LOW); digitalWrite(RGB10, LOW); } } if (key2Value <= 100) { digitalWrite(RGB1,HIGH); digitalWrite(RGB6, HIGH); delay(40); digitalWrite(RGB2, HIGH); digitalWrite(RGB7,HIGH); delay(40); digitalWrite(RGB3, HIGH); digitalWrite(RGB8, HIGH); delay(40); digitalWrite(RGB4,HIGH); digitalWrite(RGB9, HIGH); delay(40); digitalWrite(RGB5, HIGH); digitalWrite(RGB10, HIGH); delay(1000); } else { digitalWrite(RGB1, LOW); digitalWrite(RGB2, LOW); digitalWrite(RGB3, LOW); digitalWrite(RGB4, LOW); digitalWrite(RGB5, LOW); digitalWrite(RGB6, LOW); digitalWrite(RGB7, LOW); digitalWrite(RGB8, LOW); digitalWrite(RGB9, LOW); digitalWrite(RGB10, LOW); } if (key3Value <= 100) { digitalWrite(RGB1,HIGH); delay(90); digitalWrite(RGB1, LOW); digitalWrite(RGB2, HIGH); delay(90); digitalWrite(RGB2, LOW); digitalWrite(RGB3, HIGH); delay(90); digitalWrite(RGB3, LOW); digitalWrite(RGB4, HIGH); delay(90); digitalWrite(RGB4, LOW); digitalWrite(RGB5,HIGH); delay(90); digitalWrite(RGB5, LOW); digitalWrite(RGB6,HIGH); delay(90); digitalWrite(RGB6, LOW); digitalWrite(RGB7,HIGH); delay(90); digitalWrite(RGB7, LOW); digitalWrite(RGB8,HIGH); delay(90); digitalWrite(RGB8, LOW); digitalWrite(RGB9,HIGH); delay(90); digitalWrite(RGB9, LOW); digitalWrite(RGB10,HIGH); delay(1000); } else { digitalWrite(RGB1, LOW); digitalWrite(RGB2, LOW); digitalWrite(RGB3, LOW); digitalWrite(RGB4, LOW); digitalWrite(RGB5, LOW); digitalWrite(RGB6, LOW); digitalWrite(RGB7, LOW); digitalWrite(RGB8, LOW); digitalWrite(RGB9, LOW); digitalWrite(RGB10, LOW); } if (key4Value <= 100) { digitalWrite(RGB1,HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB1, LOW); digitalWrite(RGB2, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB2, LOW); digitalWrite(RGB3, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB3, LOW); digitalWrite(RGB4,HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB4, LOW); digitalWrite(RGB5, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB5, LOW); digitalWrite(RGB6, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB6, LOW); digitalWrite(RGB7,HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB7, LOW); digitalWrite(RGB8, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB8, LOW); digitalWrite(RGB9, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB9, LOW); digitalWrite(RGB10,HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB10, LOW); digitalWrite(RGB9, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB9, LOW); digitalWrite(RGB8, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB8, LOW); digitalWrite(RGB7,HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB7, LOW); digitalWrite(RGB6, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB6, LOW); digitalWrite(RGB5, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB5, LOW); digitalWrite(RGB4,HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB4, LOW); digitalWrite(RGB3, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB3, LOW); digitalWrite(RGB2, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB2, LOW); digitalWrite(RGB1, HIGH); delay(50); digitalWrite(RGB1, LOW); delay(1000); } else { digitalWrite(RGB1, LOW); digitalWrite(RGB2, LOW); digitalWrite(RGB3, LOW); digitalWrite(RGB4, LOW); digitalWrite(RGB5, LOW); digitalWrite(RGB6, LOW); digitalWrite(RGB7, LOW); digitalWrite(RGB8, LOW); digitalWrite(RGB9, LOW); digitalWrite(RGB10, LOW); } }

Пошаговая инструкция по созданию устройства

Алгоритм конструирования Arduino бегущая строка:

1. Загружаем код программы, описанной выше, в микропроцессор с помощью USB-кабеля и компьютера.
2. Помещаем и светодиодную ленту на платформу управления.
3. Соединяем все детали между собой.
4. Включаем питание.

В итоговом видео можно понять как работает второй вариант схемы:

Управление со смартфона

Светодиодными огоньками можно управлять со смартфона. Для осуществления задуманного понадобятся Блютуз и специальный модуль – HC-06, предназначенный для Ардуино. Но это уже мы сделаем в следующих уроках. Всем хороших проектов.