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  • 适合入门的LED矩阵驱动设计
    适合入门的LED矩阵驱动设计
  • 适合入门的LED矩阵驱动设计
  •   发布日期: 2022-11-08  浏览次数: 646

    一个完全从头开始制作的自定义矩阵制作,想要玩的小伙伴试试看吧。

    首先是LED矩阵的布局,该矩阵采用 16x8 配置,并以 OXPLOW 布局布局(OXPLOW 是一种矩阵类型,其中 LED 在一行中单向移动,然后在下一行向后移动,依此类推,也就是每一排的最后一个都连到下一排的第一个,这种布局也称为 boustrophedon)。还有另一种布局是蛇形布局,LED 像蛇一样以连续的链条布局。

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    矩阵通过FAST LED库控制,但可以使用Adafruit的Neopixel库或SmartMatrix库等一系列现有库进行操作。

    所需材料有:WS2812B 发光二极管、定制电路板、Arduino Nano、面包板。

    WS2812B不陌生吧,之前达尔闻说也发过很多WS2812B的项目。WS2812B是一款智能控制LED光源,将控制电路和RGB芯片集成到5050组件封装中,内部包括智能数字端口数据锁存器和信号整形放大驱动电路

    数据传输协议使用单 NZR 通信模式。上电复位后,DIN端口接收来自控制器的数据,第一个像素收集初始24位数据然后发送到内部数据锁存器,其他通过内部信号整形放大电路重塑的数据通过DO端口发送到下一个级联像素。

    42ed4804-5ea4-11ed-8abf-dac502259ad0

    WS2812B工作电压在+3.5~+5.3V DC之间。

    从原理图开始设计,该原理图由 128 个 RGB LED 组成,在 OXPLOW 布局中来回连接。有一个 CON4 接插件,用于连接 VCC、GND、Din 和 Dout 引脚,也有单独的用于 VCC、GND 和 Din 的三个不同引脚连接。所有 LED 的 VCC 和 GND 都并联连接。

    第 1 个的 Dout 进入第 2 个的 Din,第 2 个的 Dout 转到第 3 个像素的 Din,一直持续到第 128 个。

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    每个WS2812 LED都需要一个0.1uF的电容器才能正常工作,但由于空间有限,没有添加电容器。该板工作正常,但如果它有一些问题,可以添加一个带有VCC和GND的外部电容。

    然后进行PCB制作与打样、器件焊接:

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    要驱动矩阵板,需要按照下面的接线图将Arduino Nano连接到矩阵。

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    矩阵的VCC将连接到Arduino的5V

    接地到接地

    矩阵至D9的Din(任何PWM引脚)

    为了使用这个板,可以利用一堆现有的库,比如 FASTLED 库。 FASTLED是一个用于控制各种LED芯片组的库,例如adafruit(Neopixel,DotStar,LPD8806),Sparkfun(WS2801)等。 这是它的GitHub页面,需要在Arduino IDE中下载并安装库。https://github.com/FastLED/FastLED 这是将使用的主程序,被称为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>

     
    以下是需要从示例中需要更改的一些内容:

    #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;

      根据连接的 Pin 更改LED_PIN,亮度也可以控制在0-255。kMatrix宽度和高度也需要根据矩阵布局(16x8)进行更改。kMatrixSerpentineLayout 需要设置为 false。45c2ae3e-5ea4-11ed-8abf-dac502259ad0 

     

    最基础的LED驱动就完成了,接下来可以做更大的矩阵,比如16x16 甚至更大,并使用软件将一些视频投影到矩阵上,目标是通过添加更多像素清楚地看到投影在矩阵上的视频或图像。


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