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  • 適合入門(mén)的LED矩陣驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
    適合入門(mén)的LED矩陣驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
  • 適合入門(mén)的LED矩陣驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
  •   發(fā)布日期: 2022-11-08  瀏覽次數(shù): 922

    一個(gè)完全從頭開(kāi)始制作的自定義矩陣制作,想要玩的小伙伴試試看吧。

    首先是LED矩陣的布局,該矩陣采用 16x8 配置,并以 OXPLOW 布局布局(OXPLOW 是一種矩陣類(lèi)型,其中 LED 在一行中單向移動(dòng),然后在下一行向后移動(dòng),依此類(lèi)推,也就是每一排的最后一個(gè)都連到下一排的第一個(gè),這種布局也稱為 boustrophedon)。還有另一種布局是蛇形布局,LED 像蛇一樣以連續(xù)的鏈條布局。

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    矩陣通過(guò)FAST LED庫(kù)控制,但可以使用Adafruit的Neopixel庫(kù)或SmartMatrix庫(kù)等一系列現(xiàn)有庫(kù)進(jìn)行操作。

    所需材料有:WS2812B 發(fā)光二極管、定制電路板、Arduino?Nano、面包板。

    WS2812B不陌生吧,之前達(dá)爾聞?wù)f也發(fā)過(guò)很多WS2812B的項(xiàng)目。WS2812B是一款智能控制LED光源,將控制電路和RGB芯片集成到5050組件封裝中,內(nèi)部包括智能數(shù)字端口數(shù)據(jù)鎖存器和信號(hào)整形放大驅(qū)動(dòng)電路。

    數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議使用單 NZR 通信模式。上電復(fù)位后,DIN端口接收來(lái)自控制器的數(shù)據(jù),第一個(gè)像素收集初始24位數(shù)據(jù)然后發(fā)送到內(nèi)部數(shù)據(jù)鎖存器,其他通過(guò)內(nèi)部信號(hào)整形放大電路重塑的數(shù)據(jù)通過(guò)DO端口發(fā)送到下一個(gè)級(jí)聯(lián)像素。

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    WS2812B工作電壓在+3.5~+5.3V?DC之間。

    從原理圖開(kāi)始設(shè)計(jì),該原理圖由 128 個(gè) RGB LED 組成,在 OXPLOW 布局中來(lái)回連接。有一個(gè) CON4 接插件,用于連接 VCC、GND、Din 和 Dout 引腳,也有單獨(dú)的用于 VCC、GND 和 Din 的三個(gè)不同引腳連接。所有 LED 的 VCC 和 GND 都并聯(lián)連接。

    第 1 個(gè)的 Dout 進(jìn)入第 2 個(gè)的 Din,第 2 個(gè)的 Dout 轉(zhuǎn)到第 3 個(gè)像素的 Din,一直持續(xù)到第 128 個(gè)。

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    每個(gè)WS2812 LED都需要一個(gè)0.1uF的電容器才能正常工作,但由于空間有限,沒(méi)有添加電容器。該板工作正常,但如果它有一些問(wèn)題,可以添加一個(gè)帶有VCC和GND的外部電容。

    然后進(jìn)行PCB制作與打樣、器件焊接:

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    要驅(qū)動(dòng)矩陣板,需要按照下面的接線圖將Arduino Nano連接到矩陣。

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    矩陣的VCC將連接到Arduino的5V

    接地到接地

    矩陣至D9的Din(任何PWM引腳)

    為了使用這個(gè)板,可以利用一堆現(xiàn)有的庫(kù),比如 FASTLED 庫(kù)。 FASTLED是一個(gè)用于控制各種LED芯片組的庫(kù),例如adafruit(Neopixel,DotStar,LPD8806),Sparkfun(WS2801)等。 這是它的GitHub頁(yè)面,需要在Arduino IDE中下載并安裝庫(kù)。https://github.com/FastLED/FastLED 這是將使用的主程序,被稱為NoisePlusPalette,可以在FASTLED示例中找到。

    #include 
    
    
    #define LED_PIN     9
    #define BRIGHTNESS  96
    #define LED_TYPE    WS2811
    #define COLOR_ORDER GRB
    
    
    const uint8_t kMatrixWidth  = 16;
    const uint8_t kMatrixHeight = 8;
    const?bool????kMatrixSerpenTIneLayout?=?false;
    
    
    #define NUM_LEDS (kMatrixWidth * kMatrixHeight)
    #define MAX_DIMENSION ((kMatrixWidth>kMatrixHeight) ? kMatrixWidth : kMatrixHeight)
    
    
    // The leds
    CRGB leds[kMatrixWidth * kMatrixHeight];
    
    
    staTIc uint16_t x;
    staTIc uint16_t y;
    staTIc uint16_t z;
    
    
    uint16_t?speed?=?20;?//?speed?is?set?dynamically?once?we've?started?up
    uint16_t scale = 30; // scale is set dynamically once we've started up
    
    
    uint8_t noise[MAX_DIMENSION][MAX_DIMENSION];
    
    
    CRGBPalette16 currentPalette( PartyColors_p );
    uint8_t       colorLoop = 1;
    
    
    void setup() {
      delay(3000);
      LEDS.addLeds<led_type,led_pin,color_order>(leds,NUM_LEDS);
      LEDS.setBrightness(BRIGHTNESS);
    
    
      // Initialize our coordinates to some random values
      x = random16();
      y = random16();
      z = random16();
    }
    // Fill the x/y array of 8-bit noise values using the inoise8 function.
    void?fillnoise8()?{
      uint8_t dataSmoothing = 0;
      if( speed < 50) {
        dataSmoothing = 200 - (speed * 4);
      }
      
      for(int i = 0; i < MAX_DIMENSION; i++) {
        int ioffset = scale * i;
        for(int j = 0; j < MAX_DIMENSION; j++) {
          int joffset = scale * j;
          
          uint8_t data = inoise8(x + ioffset,y + joffset,z);
    
    
          data = qsub8(data,16);
          data = qadd8(data,scale8(data,39));
    
    
          if( dataSmoothing ) {
            uint8_t olddata = noise[i][j];
            uint8_t newdata = scale8( olddata, dataSmoothing) + scale8( data, 256 - dataSmoothing);
            data = newdata;
          }
          
          noise[i][j] = data;
        }
      }
      
    ??z?+=?speed;
      // apply slow drift to X and Y, just for visual variation.
      x += speed / 8;
      y -= speed / 16;
    }
    
    
    void mapNoiseToLEDsUsingPalette()
    {
      static uint8_t ihue=0;
      
      for(int i = 0; i < kMatrixWidth; i++) {
        for(int j = 0; j < kMatrixHeight; j++) {
    
    
          uint8_t index = noise[j][i];
          uint8_t bri =   noise[i][j];
    
    
          if( colorLoop) { 
            index += ihue;
          }
    
    
          if( bri > 127 ) {
            bri = 255;
          } else {
            bri = dim8_raw( bri * 2);
          }
    
    
          CRGB color = ColorFromPalette( currentPalette, index, bri);
          leds[XY(i,j)] = color;
        }
      }
      
      ihue+=1;
    }
    
    
    void loop() {
      // Periodically choose a new palette, speed, and scale
      ChangePaletteAndSettingsPeriodically();
    
    
      fillnoise8();
    
    
      mapNoiseToLEDsUsingPalette();
    
    
      LEDS.show();
      // delay(10);
    }
    
    
    #define?HOLD_PALETTES_X_TIMES_AS_LONG?1
    void ChangePaletteAndSettingsPeriodically()
    {
      uint8_t secondHand = ((millis() / 1000) / HOLD_PALETTES_X_TIMES_AS_LONG) % 60;
      static uint8_t lastSecond = 99;
      
      if( lastSecond != secondHand) {
        lastSecond = secondHand;
        if( secondHand ==  0)  { currentPalette = RainbowColors_p;         speed = 20; scale = 30; colorLoop = 1; }
        if( secondHand ==  5)  { SetupPurpleAndGreenPalette();             speed = 10; scale = 50; colorLoop = 1; }
        if( secondHand == 10)  { SetupBlackAndWhiteStripedPalette();       speed = 20; scale = 30; colorLoop = 1; }
        if( secondHand == 15)  { currentPalette = ForestColors_p;          speed =  8; scale =120; colorLoop = 0; }
        if( secondHand == 20)  { currentPalette = CloudColors_p;           speed =  4; scale = 30; colorLoop = 0; }
        if( secondHand == 25)  { currentPalette = LavaColors_p;            speed =  8; scale = 50; colorLoop = 0; }
        if( secondHand == 30)  { currentPalette = OceanColors_p;           speed = 20; scale = 90; colorLoop = 0; }
        if( secondHand == 35)  { currentPalette = PartyColors_p;           speed = 20; scale = 30; colorLoop = 1; }
        if( secondHand == 40)  { SetupRandomPalette();                     speed = 20; scale = 20; colorLoop = 1; }
        if( secondHand == 45)  { SetupRandomPalette();                     speed = 50; scale = 50; colorLoop = 1; }
        if( secondHand == 50)  { SetupRandomPalette();                     speed = 90; scale = 90; colorLoop = 1; }
        if( secondHand == 55)  { currentPalette = RainbowStripeColors_p;   speed = 30; scale = 20; colorLoop = 1; }
      }
    }
    
    
    void SetupRandomPalette()
    {
      currentPalette = CRGBPalette16( 
                          CHSV( random8(), 255, 32), 
                          CHSV( random8(), 255, 255), 
                          CHSV( random8(), 128, 255), 
                          CHSV( random8(), 255, 255)); 
    }
    
    
    void SetupBlackAndWhiteStripedPalette()
    {
      // 'black out' all 16 palette entries...
      fill_solid( currentPalette, 16, CRGB::Black);
      // and set every fourth one to white.
      currentPalette[0] = CRGB::White;
      currentPalette[4] = CRGB::White;
      currentPalette[8] = CRGB::White;
    ??currentPalette[12]?=?CRGB::White;
    }
    // This function sets up a palette of purple and green stripes.
    void SetupPurpleAndGreenPalette()
    {
      CRGB purple = CHSV( HUE_PURPLE, 255, 255);
      CRGB green  = CHSV( HUE_GREEN, 255, 255);
      CRGB black  = CRGB::Black;
      
      currentPalette = CRGBPalette16( 
        green,  green,  black,  black,
        purple, purple, black,  black,
        green,  green,  black,  black,
        purple, purple, black,  black );
    }
    
    
    uint16_t XY( uint8_t x, uint8_t y)
    {
      uint16_t i;
      if( kMatrixSerpentineLayout == false) {
        i = (y * kMatrixWidth) + x;
      }
      if( kMatrixSerpentineLayout == true) {
        if( y & 0x01) {
          // Odd rows run backwards
          uint8_t reverseX = (kMatrixWidth - 1) - x;
          i = (y * kMatrixWidth) + reverseX;
        } else {
          // Even rows run forwards
          i = (y * kMatrixWidth) + x;
        }
      }
      return i;
    }</led_type,led_pin,color_order>

    ?
    以下是需要從示例中需要更改的一些內(nèi)容:

    #define LED_PIN     9
    #define BRIGHTNESS  96
    #define LED_TYPE    WS2811
    #define COLOR_ORDER GRB
    
    
    const uint8_t kMatrixWidth  = 16;
    const uint8_t kMatrixHeight = 8;
    const bool    kMatrixSerpentineLayout = false;

    ? 根據(jù)連接的 Pin 更改LED_PIN,亮度也可以控制在0-255。kMatrix寬度和高度也需要根據(jù)矩陣布局(16x8)進(jìn)行更改。kMatrixSerpentineLayout 需要設(shè)置為 false。45c2ae3e-5ea4-11ed-8abf-dac502259ad0?

     

    最基礎(chǔ)的LED驅(qū)動(dòng)就完成了,接下來(lái)可以做更大的矩陣,比如16x16 甚至更大,并使用軟件將一些視頻投影到矩陣上,目標(biāo)是通過(guò)添加更多像素清楚地看到投影在矩陣上的視頻或圖像。


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