Arduino Lektion 8: Max7219 8×8 LED Shield

Heute möchte ich gerne das Max7219 8×8 LED Shield präsentieren.
Dieses Shield kann für wenig Geld über Amazon.de bezogen werden, ca 3-5 €.

Wenn dieses Shield geliefert wird ist es komplett zerlegt d.h. man muss es selbst zusammenlöten. Aber dieses ist auch mit geringen Kentnissen lösbar.

Wenn dieses zusammen gesetzt ist welches in ca. 30min lösbar sein sollte, sieht dieses Shield folgendermaßen aus.

Der Schaltplan

Zum Schaltplan braucht es nicht viel Erwähnung, die PINs VSS, GND, DIN, CS, CLK werden wie folgt mit dem Sainsmart Mega2560 R3 verbunden.

VCC – 5V
GND – GND
DIN – digitaler PIN 8
CS – digitaler PIN 9
CLK – digitaler PIN 10

Die oben genannten Einstellungen können auch beliebig angepasst werden, jedoch muss dann auch das Beispiel angepasst werden. Ich habe diese Einstellungen so belassen da ich „nur“ das Shield an dem Mikrocontroller habe.

Der Quellcode

Für dieses Shield benötigt man die MaxLib welche aus dem GitHub von Arduinobymyself geladen werden kann. Hier sollte man sich nicht an der Bezeichnung „16×8“ beirren lassen. Das mitgelieferte Beispiel war in meinem Falle nicht sofort lauffähig und bedarf einiger kleiner Änderungen, welche ich später erläutere.

Einbinden der MaxLib

Wenn man die ZIP Datei heruntergeladen hat dann kopiert man diese in ein beliebiges Verzeichnis. Jetzt muss diese Bibliothek in die Arduino IDE eingebunden werden. Wie dieses erfolgt habe ich im Tutorial „Arduino IDE, Einbinden einer Bibliothek“ beschrieben.

Verwenden der MAXLIB

Nachdem wir die Arduino IDE geöffnet UND die benötigte Bibliothek eingebunden haben können wir die einfach mit:

#include <MaxMatrix.h>

einbinden.

Das Beispiel

Wie schon angesprochen werden die Bibliotheken in den meisten Fällen mit Beispielen zu den Shields ausgeliefert, wie auch in diesem Falle. Da ich mich erstmal mit dem Shield vertraut machen wollte und später in meinem großen Projekt einbinden wollte habe ich mir das Beispiel genommen und kleinere Änderungen vorgenommen.

Als erstes habe ich diese riesen Array Deklaration welche benötigt wird um die Zeichen auf dem Shield auszugeben in eine separate Datei ausgelagert.

#include "statics.h"

Die Datei statics.h

Die nachfolgenden Zeichen können alle auf dem Shield dargestellt werden, möchte man nun eigene oder zusätzliche Zeichen haben, so muss man das Array „einfach“ erweitern. In der MaxMatrix liegt eine Microsoft Excel Arbeitsmappe womit dieses relativ einfach zu erledigen ist.

const unsigned char CH[] PROGMEM = {
3, 8, B0000000, B0000000, B0000000, B0000000, B0000000, // space
1, 8, B1011111, B0000000, B0000000, B0000000, B0000000, // !
3, 8, B0000011, B0000000, B0000011, B0000000, B0000000, // "
5, 8, B0010100, B0111110, B0010100, B0111110, B0010100, // #
4, 8, B0100100, B1101010, B0101011, B0010010, B0000000, // $
5, 8, B1100011, B0010011, B0001000, B1100100, B1100011, // %
5, 8, B0110110, B1001001, B1010110, B0100000, B1010000, // &
1, 8, B0000011, B0000000, B0000000, B0000000, B0000000, // '
3, 8, B0011100, B0100010, B1000001, B0000000, B0000000, // (
3, 8, B1000001, B0100010, B0011100, B0000000, B0000000, // )
5, 8, B0101000, B0011000, B0001110, B0011000, B0101000, // *
5, 8, B0001000, B0001000, B0111110, B0001000, B0001000, // +
2, 8, B10110000, B1110000, B0000000, B0000000, B0000000, // ,
4, 8, B0001000, B0001000, B0001000, B0001000, B0000000, // -
2, 8, B1100000, B1100000, B0000000, B0000000, B0000000, // .
4, 8, B1100000, B0011000, B0000110, B0000001, B0000000, // /
4, 8, B0111110, B1000001, B1000001, B0111110, B0000000, // 0
3, 8, B1000010, B1111111, B1000000, B0000000, B0000000, // 1
4, 8, B1100010, B1010001, B1001001, B1000110, B0000000, // 2
4, 8, B0100010, B1000001, B1001001, B0110110, B0000000, // 3
4, 8, B0011000, B0010100, B0010010, B1111111, B0000000, // 4
4, 8, B0100111, B1000101, B1000101, B0111001, B0000000, // 5
4, 8, B0111110, B1001001, B1001001, B0110000, B0000000, // 6
4, 8, B1100001, B0010001, B0001001, B0000111, B0000000, // 7
4, 8, B0110110, B1001001, B1001001, B0110110, B0000000, // 8
4, 8, B0000110, B1001001, B1001001, B0111110, B0000000, // 9
2, 8, B01010000, B0000000, B0000000, B0000000, B0000000, // :
2, 8, B10000000, B01010000, B0000000, B0000000, B0000000, // ;
3, 8, B0010000, B0101000, B1000100, B0000000, B0000000, // <
3, 8, B0010100, B0010100, B0010100, B0000000, B0000000, // =
3, 8, B1000100, B0101000, B0010000, B0000000, B0000000, // >
4, 8, B0000010, B1011001, B0001001, B0000110, B0000000, // ?
5, 8, B0111110, B1001001, B1010101, B1011101, B0001110, // @
4, 8, B1111110, B0010001, B0010001, B1111110, B0000000, // A
4, 8, B1111111, B1001001, B1001001, B0110110, B0000000, // B
4, 8, B0111110, B1000001, B1000001, B0100010, B0000000, // C
4, 8, B1111111, B1000001, B1000001, B0111110, B0000000, // D
4, 8, B1111111, B1001001, B1001001, B1000001, B0000000, // E
4, 8, B1111111, B0001001, B0001001, B0000001, B0000000, // F
4, 8, B0111110, B1000001, B1001001, B1111010, B0000000, // G
4, 8, B1111111, B0001000, B0001000, B1111111, B0000000, // H
3, 8, B1000001, B1111111, B1000001, B0000000, B0000000, // I
4, 8, B0110000, B1000000, B1000001, B0111111, B0000000, // J
4, 8, B1111111, B0001000, B0010100, B1100011, B0000000, // K
4, 8, B1111111, B1000000, B1000000, B1000000, B0000000, // L
5, 8, B1111111, B0000010, B0001100, B0000010, B1111111, // M
5, 8, B1111111, B0000100, B0001000, B0010000, B1111111, // N
4, 8, B0111110, B1000001, B1000001, B0111110, B0000000, // O
4, 8, B1111111, B0001001, B0001001, B0000110, B0000000, // P
4, 8, B0111110, B1000001, B1000001, B10111110, B0000000, // Q
4, 8, B1111111, B0001001, B0001001, B1110110, B0000000, // R
4, 8, B1000110, B1001001, B1001001, B0110010, B0000000, // S
5, 8, B0000001, B0000001, B1111111, B0000001, B0000001, // T
4, 8, B0111111, B1000000, B1000000, B0111111, B0000000, // U
5, 8, B0001111, B0110000, B1000000, B0110000, B0001111, // V
5, 8, B0111111, B1000000, B0111000, B1000000, B0111111, // W
5, 8, B1100011, B0010100, B0001000, B0010100, B1100011, // X
5, 8, B0000111, B0001000, B1110000, B0001000, B0000111, // Y
4, 8, B1100001, B1010001, B1001001, B1000111, B0000000, // Z
2, 8, B1111111, B1000001, B0000000, B0000000, B0000000, // [
4, 8, B0000001, B0000110, B0011000, B1100000, B0000000, // backslash
2, 8, B1000001, B1111111, B0000000, B0000000, B0000000, // ]
3, 8, B0000010, B0000001, B0000010, B0000000, B0000000, // hat
4, 8, B1000000, B1000000, B1000000, B1000000, B0000000, // _
2, 8, B0000001, B0000010, B0000000, B0000000, B0000000, // `
4, 8, B0100000, B1010100, B1010100, B1111000, B0000000, // a
4, 8, B1111111, B1000100, B1000100, B0111000, B0000000, // b
4, 8, B0111000, B1000100, B1000100, B0101000, B0000000, // c
4, 8, B0111000, B1000100, B1000100, B1111111, B0000000, // d
4, 8, B0111000, B1010100, B1010100, B0011000, B0000000, // e
3, 8, B0000100, B1111110, B0000101, B0000000, B0000000, // f
4, 8, B10011000, B10100100, B10100100, B01111000, B0000000, // g
4, 8, B1111111, B0000100, B0000100, B1111000, B0000000, // h
3, 8, B1000100, B1111101, B1000000, B0000000, B0000000, // i
4, 8, B1000000, B10000000, B10000100, B1111101, B0000000, // j
4, 8, B1111111, B0010000, B0101000, B1000100, B0000000, // k
3, 8, B1000001, B1111111, B1000000, B0000000, B0000000, // l
5, 8, B1111100, B0000100, B1111100, B0000100, B1111000, // m
4, 8, B1111100, B0000100, B0000100, B1111000, B0000000, // n
4, 8, B0111000, B1000100, B1000100, B0111000, B0000000, // o
4, 8, B11111100, B0100100, B0100100, B0011000, B0000000, // p
4, 8, B0011000, B0100100, B0100100, B11111100, B0000000, // q
4, 8, B1111100, B0001000, B0000100, B0000100, B0000000, // r
4, 8, B1001000, B1010100, B1010100, B0100100, B0000000, // s
3, 8, B0000100, B0111111, B1000100, B0000000, B0000000, // t
4, 8, B0111100, B1000000, B1000000, B1111100, B0000000, // u
5, 8, B0011100, B0100000, B1000000, B0100000, B0011100, // v
5, 8, B0111100, B1000000, B0111100, B1000000, B0111100, // w
5, 8, B1000100, B0101000, B0010000, B0101000, B1000100, // x
4, 8, B10011100, B10100000, B10100000, B1111100, B0000000, // y
3, 8, B1100100, B1010100, B1001100, B0000000, B0000000, // z
3, 8, B0001000, B0110110, B1000001, B0000000, B0000000, // {
1, 8, B1111111, B0000000, B0000000, B0000000, B0000000, // |
3, 8, B1000001, B0110110, B0001000, B0000000, B0000000, // }
4, 8, B0001000, B0000100, B0001000, B0000100, B0000000, // ~
};

Einstellungen zu den PIN’s und dem Shield

Wie zuvor angesprochen kann das Shield an beliebige PINs angeschlossen werden (Außer natürlich VCC & GND.)
Diese Einstellungen hier sind aus dem Beispiel übernommen.

int data = 8;    // DIN Pin vom MAX7219 Shield
int load = 9;    // CS Pin vom MAX7219 Shield
int clock = 10;  // CLK Pin vom MAX7219 Shield

int maxInUse = 1;    //Dieser Wert bestimmt wieviele MaxMatrix Shields hintereinander (kaskadiert) verwendet werden.

Mit der Zeile

MaxMatrix m(data, load, clock, maxInUse); // Definiert nun ein Objekt der Klasse MaxMatrix.

Erstellen wir ein Objekt der Klasse MaxMatrix, nun können wir über die Variable „m“ auf die öffentlichen Routinen der MaxMatrix Bibliothek zugreifen.

Als Member Variable setzen wir unsere darzustellende Message als char Array.

char msg[] = "Hallo Welt! 123#";

Die Setup Methode für den Sketch enthält die Initialisierung der MaxMatrix sowie die Einstellung für die Übertragungsgeschwindigkeit.
Optional kann hier auch die Leucht Intensität der LEDs eingestellt werden.
(Werte von 0-15 sind hier wählbar.)

void setup(){
  m.init(); // Das Max7219 initialisieren.
  m.setIntensity(1); // LED Leucht intensität, Werte von 0-15 sind hier erlaubt.
  Serial.begin(9600); // Übertragungsgeschwindigeit der seriellen Verbindung
}

In der Loop Methode wird nun unsere Message auf die MaxMatrix geschrieben
(In einer Endlosschleife.).

void loop(){
   printStringWithShift(msg, 75); //Schreibt die Message auf die Max LED Matrix, mit einer wiederholungsgeschwindigkeit von 75ms.
}

Nun noch unsere Hilfsmethoden welche die Message (ist ein Char Array) zerlegen und aus dem vorher definierten Char Array (prog_uchar CH[], in der Datei statics.h) die entsprechenden Adressen für die LEDs raussucht.

void printCharWithShift(char c, int shift_speed){
  if (c < 32) return;
  c -= 32;
  memcpy_P(buffer, CH + 7*c, 7);
  m.writeSprite(32, 0, buffer);
  m.setColumn(32 + buffer[0], 0);
  
  for (int i=0; i<buffer[0]+1; i++) 
  {
    delay(shift_speed);
    m.shiftLeft(false, false);
  }
}

void printStringWithShift(char* s, int shift_speed){
  while (*s != 0){
    printCharWithShift(*s, shift_speed);
    s++;
  }
}

Das Video

 

Hier nun wie gewohnt der Quellcode zum Download: