Светодиодные матрицы для "чайников" (часть 1)⁠⁠

Дружок, присаживайся поудобнее, расскажу тебе что такое матрицы из адресных светодиодов.

Итак, адресный RGB светодиод отличается от обычного трехцветного наличием встроенного контроллера, вон тот черный прямоугольник на картинке. Эта чудесная микросхема принимает со входа Din пакет данных, откусывает от него первые 24 бита и отправляет оставшиеся данные на выход Dout. А откушенный кусочек превращает в прекрасное свечение определенного цвета.

На мой взгляд, определение “адресный” не совсем подходит для этого контекста, так как адреса и нет вовсе, а есть только порядковый номер диода в конкретной конструкции. Если снесут дом на улице, остальные дома останутся при своих номерах, а если убрать на светодиодной ленте первый диод, то второй станет первым.

В программе контроллера работа с адресными диодами обычно сводится к созданию массива с количеством элементов равным количеству диодов в сборке, где каждый элемент определяет цвет соответствующего диода. Этот массив нужно передать на диодную сборку.На примере самой популярной библиотеки FastLED это выглядит так:

CRGB leds[NUM_LEDS];
leds[0] = CRGB::Red;
FastLED.show();

И все, мы зажгли первый светодиод на ленте красным цветом.

Я опустил инициализацию библиотеки для конкретной ленты, подсмотришь в последующих примерах или документации на FastLED.

Большинство эффектов для светодиодных конструкций представляют собой некую функцию определяющую цвет светодиода в текущий момент времени по его координатам в конструкции.

С лентами вроде все понятно, одномерный объект, одна координата равная порядковому номеру диода на ленте.

А как быть с матрицами? Они уже двумерные, там у каждого диода есть две координаты - столбец и строка. Не паникуй, оказывается среднестатистическая матрица это та же лента уложенная рядочками. Так что, технически, обращение к конкретному диоду выполняется все так же, по его номеру. Слышу твое возмущение, и ты конечно же прав, матрица двумерная и обращаться к диодам хотелось бы по понятным двум координатам. Выручит небольшая функция, которая будет пересчитывать две координаты в номер диода. В общем случае, для прямоугольной матрицы размером WIDTH х HEIGHT, получится как-то так:

int XY( int x, int y ) {
return y * WIDTH + x;
}

Это преобразование обычно называют мэппингом ( mapping )

Ты уже подпрыгиваешь на месте и хочешь собрать что-то сверкающее и красивое? Не вижу причин отказывать тебе в этом, погнали.

Берем самую распространенную китайскую матрицу 16х16 с диодами WS2812, первый диод в левом верхнем углу, там же и начало координат. Все координаты и индексы начинаются с нуля. Цепляем матрицу по схемам из интернета к контроллеру и пишем первую программу.

#include <FastLED.h>
#define DATA_PIN 12
#define WIDTH 16
#define HEIGHT 16
#define NUM_LEDS WIDTH * HEIGHT

CRGB leds[NUM_LEDS];

byte XY( byte x, byte y ) {
return y * WIDTH + x;
}

void setup() {
FastLED.addLeds<WS2812B, DATA_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
FastLED.clear();
for ( byte y = 0; y < HEIGHT; y++ ) {
for ( byte x = 0; x < WIDTH; x++ ) {
leds[XY(x,y)] = CRGB::Red;
FastLED.show();
delay(100);
}
}
}

void loop() {
}

Компилируем, прошиваем. Работает!!!

Так, стоп! У нас цикл для X идет по возрастанию от 0 до 15, почему же тогда каждая вторая строка матрицы заполняется в обратном порядке?
Помнишь я говорил что матрица это лента уложенная рядочками? Так вот ленту удобнее укладывать змейкой, что производители и делают) Раскладка так и называется - serpentine ( aнгл. змеевидный ).

Что же делать с нашим примером, ведь мы хотим зажечь диод с координатами (2,1) а зажигается диод (13,1). Немного поскрипим извилинами и изменим функцию мэппинга так чтобы каждый второй ряд считался в обратном порядке.

byte XY( byte x, byte y ) {
if ( y%2 == 0 ) {
return y * WIDTH + x;
} else {
return ( y + 1 ) * WIDTH - x - 1;
}
}

Не буду разжевывать математику, прикинешь на пальцах, сообразишь сам что к чему.

Теперь все ок.

С адресацией матрицы разобрались, можем творить красоту.

(Продолжение следует. Stay tuned)