Arduino 入門2 Lesson 05 【LED Matrix機能確認１】

Arduino 入門2
Lesson 05
【LED Matrix機能確認１】

こにんちは、管理人のomoroyaです。

「Arduino UNO R4 Minima」「Arduino UNO R4 WIFI」で遊ぶ入門編２。

電子部品と組み合わせて遊ぶ前に、本Lesson05では入門編2のLesson04同様に、

「Arduino UNO R4 Minima」「Arduino UNO R4 WIFI」に搭載された新機能を確認していきます。

本Lessonで確認するのは「LED Matrix機能について」。

「Arduino UNO R4 Minima」にはなく、「Arduino UNO R4 WIFI」の独自機能です。

この機能を使うことにより、外部にLED表示部を設けることなく「Arduino UNO R4 WIFI」のみで自己完結できます。

Arduino入門編2では主に「Arduino UNO R4 Minima」「Arduino UNO R4 WIFI」を使った解説をしていきます。

R3と異なり、まだ安価な互換品が出ていません（2024年7月現在）ので正規品で遊んでいきます。

Arduino UNO R4 Minima [ABX00080] - Renesas RA4M1 - USB-C、CAN、DAC (12ビット)、OP AMP、SWDコネクター。

Arduino (アルドゥイーノ)

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センサーは各種センサーがそろったキットがおすすめ。

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KEYESTUDIO

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はじめに
Lesson 05 目標
準備
1. 必要なもの
使用部品説明
1. LED Matrix機能について
実践回路作成とコード作成
まとめ
最後に
Amazonでお得に買う方法

はじめに

本Lessonで機能確認のため、使用するものは「Arduino UNO R4 WIFI」のみ。

簡単に遊べます。

Lesson 05 目標

本Lessonの目標は以下です。

１．R4 WIFIに搭載されているLED Matrix機能について理解する
２．LED Matrix機能を動かすスケッチを描く
３．色々描いて遊んでみましょう！！

いつものように、遊ぶことが重要です。

準備

ではLessonの準備に取り掛かりましょう。

使用するものは「Arduino UNO R4 WIFI」のみ。

必要なもの

USB接続用のPC（IDE統合環境がインストールされたPC）
→管理人が勝手に比較したBTOメーカーを紹介しています。
Arduino UNO R4(WiFi)
PCとUNOを接続するUSBケーブル

本Lessonでは、UNO本体のみですが電子工作に必要なものはそろえておきましょう！！

Jumper wire、抵抗は今後も頻繁に利用します。

Jumper wireはできれば、「オス-メスオス-オスメス –メス」の３種類を揃えておくことをお勧めします。

ELEGOO 120pcs多色デュポンワイヤー、arduino用ワイヤ—ゲ—ジ28AWG オス-メスオス-オスメス –メスブレッドボードジャンパーワイヤー

ELEGOO

短めが使いやすい場合も。

ブレッドボード・ジャンパーワイヤー 40*6ピン 10cm Emith デュポンケーブル Arduino Raspberry piに適用ジャンパー線 6本セット

Emith

抵抗も単品で揃えるよりはセットをおすすめします。

OSOYOO(オソヨー)金属皮膜抵抗器抵抗セット 10Ω~1MΩ 30種類各20本入り合計600本 (600本セット)

OSOYOO

ELEGOO 17値1％抵抗器、0オーム〜1Mオーム（525本）

ELEGOO

抵抗、LEDなどを個別でセット品を購入しても、そんなに使わない！

という方は、「電子工作基本部品セット」が使い勝手が良い。

OSOYOO(オソヨー) 電子工作基本部品セット LED 5色合計100PCS 金属皮膜抵抗器 30種類合計600本電解コンデンサ 12種類合計120本セラミックコンデンサー 30種類合計300本ダイオード 8種類合計100本トランジスタ 17種類合計170本 (電子部品セット6種類)

OSOYOO

使用部品説明

使用するものは「Arduino UNO R4 WIFI」のみのため割愛。

Arduino 入門2 Lesson 02【外観とピン配置】Arduino UNO R4 WiFi

入門編2を開始。Lesson 02は Arduino UNO R4 WiFi 外観とピン配置。R4 Minimaと同じくR4 WiFiに関しても外観とピン配置を確認していきます。マイコンとの接続関係も一緒に確認。知らなくても遊べるのがUNO…

LED Matrix機能について

「LED Matrix機能」は「Arduino UNO R4 WIFI」に搭載された新機能。

「Arduino UNO R4 WIFI」には12×8のLED Matrixが搭載されています。

グラフィックス、アニメーション、ゲームなどにも利用可能。

補足事項
LED Matrixを使用するためには、「Arduino_LED_Matrix.h」ライブラリが必要
補足説明
LED Matrixライブラリはフレームを作成し、バッファにロード
12×8 LED Matrixを制御するには少なくとも96ビットのメモリスペースが必要

LED Matrixライブラリは2種類の方法があります。

■2次元配列の使用

対応するLEDと1対1対応となっているためわかりやすい
必要以上のメモリを消費

//ハート表示
byte frame[8][12] = {
{ 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0 },
{ 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0 },
{ 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0 },
{ 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0 },
{ 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0 },
{ 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0 },
{ 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
{ 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }
};

■32ビット整数の配列を使用

対応するLEDと1対1対応となっていないためわかりづらい
メモリ消費が効率的（メモリを節約できる！！）
unsigned long型：整数 32ビット保持
96÷32=3より3つのunsigned long配列の使用のみで必要なすべてのビットを保持可能
補足：0xは16進表示の接頭語なので、16進表示で表現しているだけ！！

//ハート表示
unsigned long frame[] = {
0x3184a444, // 32個のLED
0x42081100, // 32個のLED
0xa0040000  // 32個のLED
};

01のバイナリ形式（16進表示を2進表示にするということ）であわらすと・・・

0x3184a444 -> 00110001100001001010010001000100
0x42081100 -> 01000010000010000001000100000000
0xa0040000 -> 10100000000001000000000000000000

上記を8×12で並べなおすと・・・

2次元配列と同じになることがわかります。（ハートになっていますよね！！）

001100011000
010010100100
010001000100
001000001000
000100010000
000010100000
000001000000
000000000000

補足までに、公式サイトや解説サイトでは下記の表示もでてきます。

「unsigned long」と「const uint32_t」は何が違うの？？と混乱しますが・・・

はい、同じです！！

//ハート表示
const uint32_t frame[] = {
0x3184a444, // 32個のLED
0x42081100, // 32個のLED
0xa0040000  // 32個のLED
};

下記に変数宣言の内容を記載しておきます！！

説明が異なっているように見えますが・・・まあ、同じことを言っているんです。。。

なんで、このような表現があるかというと・・・

同じ型名でも実際に表現できる値の範囲が環境により異なることがあるためです。

上記の理由から、整数を表す型についてはプログラムの移植性を考慮し、その型が占める大きさをもとにした型(幅指定整数型)が提供されています。

ということで、「uint32_t」を使った方がわかりやすいと考える管理人です。

型名（変数宣言）	説明
unsigned long	0～4294967295までの整数
uint32_t	32ビットの非負整数を格納

32ビット整数の配列を使用すると視覚的にわかりづらいですが・・・

そこは公式のホームページに「Matrix Editor」があるため問題なし。

Led Matrix Editor

…

下記のように図を描いたら、右上の</>をクリックしてダウンロードします。

名前を変えずに、保存した場合は「animation.h」という名前でダウンロードされます。

ダウンロードしたものがこちら。

上記で説明したものと前後の記述フォーマットが異なりますが数値の部分をコピペすればOK。

下記をそのまま使う内容は次のLessonで解説予定。

下記のフォーマットはアニメーションを作成などに使います。
※animation.hをスケッチ内でloadすることで、表示。

const uint32_t animation[][4] = {
{
0x3184a444, // 32個のLED
0x42081100, // 32個のLED
0xa0040000, // 32個のLED
66
}
};

実践回路作成とコード作成

最初に回路図を確認してください。

次に、回路図に合わせて部品を接続します。

最後にコードを書いて、「LED Matrix機能」を確認していきましょう。

「Arduino UNO R4 WIFI」のピン配置を確認したい方は入門編2のLesson02を参照してください。

Arduino 入門2 Lesson 02【外観とピン配置】Arduino UNO R4 WiFi

回路図

「Arduino UNO R4 WIFI」のみ使用。

回路図がこちら。

Minimaのみ使用のため、結線はありません。

こちらがブレッドボード図。

Minimaのみ使用のため、結線はありません。

回路図は「fritzing」を利用しています。「fritzing」の使い方は下記を参照してください。

Arduino 入門番外編 01 【回路図を書こう fritzing】

UNOの実際の回路を写真で掲載しても、接続がわかりずらいかなと考えていました。前々から「fritzing」を利用して回路を描くことで、わかりやすくしたいと考えていました。そこで本日は、「fritzing」のインストールと回路図を描くことに挑…

接続

下図に示すように、用意した部品を使用して接続しましょう。

使用するものは「Arduino UNO R4 WIFI」のみ。

結線不要です！！

コードの書き込み

接続が終わったら、USBケーブルを使用してUNOにプログラムを書き込んで行きましょう。

コードを書き終えたら、いつでも利用できるように「ファイル」⇒「名前を付けて保存」で保存しておきましょう。

コマンド説明

LED Matrixライブラリのコマンドを紹介しておきます。

コマンド	内容
ArduinoLEDMatrix()	LED Matrixを制御するためのメインクラス LED Matrixのオブジェクトを生成ライブラリのメソッドにアクセスするために利用例　ArduinoLEDMatrix matrix; 以下のコマンド説明には、ここで指定したmatrixを前提に記載
autoscroll(int32_t interval_ms)	表示される各フレームの時間をミリ秒単位で設定
begin()	LED マトリックスを起動例　matrix.begin();
next()	シーケンス内の次のフレームに手動で移動例　matrix.next();
clear()	描画をクリア例　matrix.clear();
loadFrame(const uint32_t buffer[3])	シーケンスに含まれない新しい単一フレームを読み込み例　matrix.loadFrame(xxxx);
renderBitmap(bitmap, rows, columns)	指定されたビットマップを描画例　matrix.renderBitmap(bitmap, 8, 12) //8×12のビットマップを描画 bitmap：描画するビットマップデータを含む配列例えば、例で上述したframe[8][12]のframeを指定
renderFrame(uint8_t frameNumber)	指定されたフレーム番号に基づいて特定のフレームを描画例　matrix.renderFrame(1);
loadSequence(const uint32_t frames[][4])	アニメーションシーケンスをバッファーに読み込むが表示はしない例　matrix.loadSequence(animation);
play(bool loop = false)	レームのシーケンスの再生を開始無期限にループするか、1 回再生するかを選択例　matrix.play(true);
sequenceDone()	シーケンスの再生が終了したかどうかを確認

全て記載していません。

他にもコマンドがあります！！

サンプルコード１

まずは、例で示した2次元配列を使用したLED Matrixの表示。

ハート表示が点滅されます。

点滅させる方法としては、2次元配列の設定を0に設定しなおすという手もありますが・・・

Arduino_LED_Matrix.hの中を解析したら、clear()関数がありましたので使用。

//入門編2　Lesson 05　サンプルスケッチ1
//LED Matrix機能確認
//https://omoroya.com/

#include <Arduino_LED_Matrix.h>

ArduinoLEDMatrix matrix;  //LED Matrixのオブジェクトを生成

// 2次元配列の設定
byte frame[8][12] = {
  { 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0 },
  { 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0 },
  { 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0 },
  { 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }
};

void setup() {
  matrix.begin();  //LED マトリックスを起動
}

void loop() {
  matrix.renderBitmap(frame, 8, 12);  //8×12のビットマップを描画
  delay(1000);
  matrix.clear();  // 表示した描画をクリア
  delay(1000);
}

動作確認１

では、さっそく動作を確認していきます。

といってもハート表示のＯＮ→ＯＦＦの繰り返し。

■ON

■OFF

サンプルコード２

サンプルコード２は32ビット整数の配列を使用します。

「公式サイト Matrix Editor」を使用し、こちらは眼鏡をかけた顔にしてみました。

//入門編2　Lesson 05　サンプルスケッチ2
//LED Matrix機能確認
//https://omoroya.com/

#include <Arduino_LED_Matrix.h>

ArduinoLEDMatrix matrix;  //LED Matrixのオブジェクトを生成

// 32ビット整数の配列設定
const uint32_t face[] = {
  0x39c462d6,
  0xb46239c0,
  0x1080f0
};

void setup() {
  matrix.begin();  //LED マトリックスを起動
}

void loop() {
  matrix.loadFrame(face);  //8×12のビットマップを描画
  delay(1000);
  matrix.clear();  // 表示した描画をクリア
  delay(1000);
}