aitendoマトリクスＬＥＤパネルの使い方（１）

はじめに

　秋葉原の aitendo で以前に販売されていたマトリクスLEDパネルの表示プログラムを公開して欲しいとの要望があり、ESP32-DevKitCを使ったプログラムを作成したので、簡単な説明を加えてソースコードを公開します。勢いで購入してしまったけど使い方が分からないという方の参考になればと思います。
　なお、このマトリクスLEDパネルはエレショップでも販売されているようです。

• aitendo の商品ページ
  　ドットマトリック表示器（32x16）HD-0158-RG0019A
  　http://www.aitendo.com/product/14111
• エレショップの商品ページ
  　32×16ドットマトリクスLEDパネル(赤/橙/緑) 32x16DOT-0158-DJK
  　https://eleshop.jp/shop/g/gEB8411/

ハードウェア

　ESP32-DevKitCは3.3Vで動作するのに対してマトリクスLEDパネルは5Vでの動作と電圧が異なりますが、マトリクスLEDパネルの資料を見ると信号入力電圧のVinHの最小が2.4V、VinLの最大が0.8Vから、ESP32-DevKitCの信号出力で制御できそうです。

　今回、ESP32-DevKitCとマトリクスLEDパネルのピンを以下のように接続して動作させました。

ESP32-DevKitC 信号名	LEDパネルピン番号	LEDパネル信号名
IO12	11p	DR in
IO13	8p	DG in
IO32	6p	A0 in
IO33	5p	A1 in
IO15	4p	A2 in
IO19	3p	A3 in
IO25	9p	CLK in
IO26	12p	ALE in
IO27	10p	WE in
IO14	1p	SE in
IO18	2p	A/BB in
GND	7p	GND

　マトリクスLEDパネルの電源は以下の表のように**+5VとGNDをそれぞれつなぎます。
　マトリクスLEDパネルの資料に誤りがあるようなので注意してください。+5VとGNDを逆につなぐとマトリクスLEDパネル**が破損する可能性があります。

LEDパネルピン番号	LEDパネル信号名	機能
1p	VDD	駆動部電源(+5V)
2p	GND	LED部GND
3p	GND	LED部GND
4p	VLED	LED部電源(+5V)
5p	VLED	LED部電源(+5V)
6p	Vss	駆動部GND

　ちなみに、aitendo の商品ページ内からリンクされているファイルにマトリクスLEDパネルの回路図が含まれていて、そちらには正しいピン番号と信号名が記されていました。

　また、エレショップの商品ページ内からリンクされている参考資料では注意書きが加えられています。
　http://www.kyohritsu.jp/eclib/DIGIT/JNK/32x16dot0158.pdf

動作確認した環境

制御

　マトリクスLEDパネルの制御は、多少間違いはあるものの aitendo の資料でもそれなりに動作させられると思いますが、エレショップの参考資料の方がより詳しく、間違いも訂正されていて分かり易いです。これらの資料に書かれている通りにピンを制御すれば、基本的に表示させることができると思います。（※）
　ただし、強いて注意点を挙げるとすると、このマトリクスLEDパネルに使われているコントローラでは、表示データを保持するRAMを２面分持っていて、SE inピンやA/BB inピンのHやLの設定により制御方法が変わります。データを書き込む面(RAM)や表示する面(RAM)の制御を間違えると意図した表示となりません。
　今回公開するプログラムでは、SE inを「L」にして自動切り替えモードで使いました。これは、データ書込み中はもう一方の面が表示され、A0 in～A3 inで指定する行アドレスが15から0（※）へ変わる際に表示面と書き換え面が自動で切り替わります。
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※ エレショップの資料では注記が入っていて、行アドレス15にデータを書き込むと切り替わるとなっていますが、私の使ったaitendoで購入したパネルでは資料通りに行アドレス15から0へ変わる際に書き込んだデータが表示されるようになりました。マトリクスLEDパネルのロットなどにより挙動が違うのかもしれません。
今回のプログラムには行アドレス15へデータを書き込んだ後に意図的に行アドレスを0にする処理を入れてあります。どちらのマトリクスLEDパネルでも、このままで問題ないと考えています。

表示データ

　今回のプログラムでは、赤色、緑色、橙色（赤色と緑色の同時発光）の３色それぞれに異なるデータを配列としてプログラム内に用意し、３秒ごとに切り替えて表示します。
　表示色、表示するデータ、プログラム内での配列名は以下の表の通りです。

表示色	表示データ	配列名（変数名）
赤	"赤◎"	dat_buffer1
緑	"★緑"	dat_buffer2
橙	" 橙 "	dat_buffer3

　表示間隔は、loop()関数の最終の以下のカッコ内の数字を変更することで早めたり、遅くしたりすることができます。数字の単位はミリ秒で、3000ミリ 秒 = 3 秒となります。

  delay( 3000 );

ソースコード

　今回のプログラムの全ソースコードを以下に記します。
　ESP32-DevKitC用ですが、メモリサイズなどに問題がなければ、Arduino UNOなどへ容易に移植できると思います。

matled_ai2.ino

/*
 *  Copyright(C) by Yukiya Ishioka
 *
 *  http://www.aitendo.com/product/14111
 *  http://aitendo3.sakura.ne.jp/aitendo_data/product_img/LED/HD-0158-RG0019A/HD-0158-RG0019A.rar
 *
 *  https://eleshop.jp/shop/g/gEB8411/
 *  http://www.kyohritsu.jp/eclib/DIGIT/JNK/32x16dot0158.pdf
 *
 */

# include <stdio.h>
# include <string.h>

           /*  ESP32   PANEL */
# define DRPIN     12  /* 11p */
# define DGPIN     13  /*  8p */
# define A0PIN     32  /*  6p */
# define A1PIN     33  /*  5p */
# define A2PIN     15  /*  4p */
# define A3PIN     19  /*  3p */
# define CLKPIN    25  /*  9p */
# define ALEPIN    26  /* 12p */
# define WEPIN     27  /* 10p */
# define SEPIN     14  /*  1p */
# define ABBPIN    18  /*  2p */

# define DEF_FONT_SIZE        16
# define DEF_DISP_WIDTH       32

int  led_color;

unsigned char  dat_buffer1[ DEF_FONT_SIZE ][ DEF_DISP_WIDTH ] = {
  { 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, 0, 0, 0, 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, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0 },
  { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0 },
  { 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0 },
  { 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0 },
  { 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0 },
  { 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0 },
  { 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
};

unsigned char  dat_buffer2[ DEF_FONT_SIZE ][ DEF_DISP_WIDTH ] = {
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 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, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0 },
  { 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1 },
  { 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0 },
  { 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0 },
  { 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0 },
};

unsigned char  dat_buffer3[ DEF_FONT_SIZE ][ DEF_DISP_WIDTH ] = {
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 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, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
  { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
};


void led_addr_wr( int a0, int a1, int a2, int a3 )
{
  digitalWrite( A0PIN, a0 );
  digitalWrite( A1PIN, a1 );
  digitalWrite( A2PIN, a2 );
  digitalWrite( A3PIN, a3 );
  digitalWrite( ALEPIN, HIGH );
  digitalWrite( WEPIN, HIGH );
  digitalWrite( WEPIN, LOW );
  digitalWrite( ALEPIN, LOW );
}


void setup( void )
{
  int  col, row;
  int  a0, a1, a2, a3;

  /* init serial */
  Serial.begin(115200);
  Serial.println( "call setup()" );

  pinMode( DRPIN,  OUTPUT );
  pinMode( DGPIN,  OUTPUT );
  pinMode( A0PIN,  OUTPUT );
  pinMode( A1PIN,  OUTPUT );
  pinMode( A2PIN,  OUTPUT );
  pinMode( A3PIN,  OUTPUT );
  pinMode( CLKPIN, OUTPUT );
  pinMode( ALEPIN, OUTPUT );
  pinMode( WEPIN,  OUTPUT );
  pinMode( SEPIN,  OUTPUT );
  pinMode( ABBPIN, OUTPUT );
  digitalWrite( CLKPIN, LOW );
  digitalWrite( ALEPIN, LOW );
  digitalWrite( WEPIN, LOW );

  digitalWrite( SEPIN,  LOW );
  digitalWrite( ABBPIN, LOW );

  /* dummy address set */
  led_addr_wr( LOW, LOW, LOW, LOW );

  /* clear MATLED */
  for( row=0 ; row<16; row++ ) {
    for( col=0 ; col<DEF_DISP_WIDTH ; col++ ) {
      digitalWrite( DRPIN, LOW );
      digitalWrite( DGPIN, LOW );
      digitalWrite( CLKPIN, HIGH );
      digitalWrite( CLKPIN, LOW );
    }
    a0 = a1 = a2 = a3 = 0;
    if( row & 0x1 ) a0 = 1;
    if( row & 0x2 ) a1 = 1;
    if( row & 0x4 ) a2 = 1;
    if( row & 0x8 ) a3 = 1;
    led_addr_wr( a0, a1, a2, a3 );
  }

  /* dummy address set */
  led_addr_wr( LOW, LOW, LOW, LOW );

  led_color = 0;
}


void loop( void )
{
  int  a0, a1, a2, a3;
  int  dr, dg;
  int  row, col;
  int  i;
  unsigned char  tmpchar;
  unsigned char  *buff1;
 
  switch( led_color%3 ) {
  case 1:
    dr = 0;
    dg = 1;
    buff1 = (unsigned char *)dat_buffer2 ;
    break;
  case 2:
    dr = 1;
    dg = 1;
    buff1 = (unsigned char *)dat_buffer3 ;
    break;
  case 0:
  default:
    dr = 1;
    dg = 0;
    buff1 = (unsigned char *)dat_buffer1 ;
    break;
  }
  Serial.printf( "color DR=%d  DG=%d\n", dr, dg );

  for( i=0 ; i<16 ; i++ ) {
    row  = DEF_DISP_WIDTH * i;

    for( col=0 ; col<DEF_DISP_WIDTH ; col++ ) {

      if( buff1[ row + col ] ) {
          digitalWrite( DRPIN, dr );
          digitalWrite( DGPIN, dg );
      } else {
          digitalWrite( DRPIN, LOW );
          digitalWrite( DGPIN, LOW );
      }

      digitalWrite( CLKPIN, HIGH );
      digitalWrite( CLKPIN, LOW );
    }

    /* set access row position */
    a0 = a1 = a2 = a3 = 0;
    if( i & 0x1 ) a0 = 1;
    if( i & 0x2 ) a1 = 1;
    if( i & 0x4 ) a2 = 1;
    if( i & 0x8 ) a3 = 1;
    led_addr_wr( a0, a1, a2, a3 );
  }

  /* dummy address set */
  led_addr_wr( LOW, LOW, LOW, LOW );

  led_color++;
  delay( 3000 );  /* delay 3000msec */
}

最後に

　今回は表示データをあらかじめ配列としてプログラムに含めてプログラムをシンプルにすることで、プログラムの解析やESP32-DevKitC以外のボードへの移植を容易にしました。
　プログラムは少し大きく複雑になりますが、表示させたい文字をプログラム内に定義することで表示用のデータへ変換して、マトリクスLEDパネルへ表示するプログラムも既にできています。実際のところ、先にそのプログラムをmatled_ai.inoとして作成し、今回紹介したプログラムがそこから派生したのでmatled_ai2.inoというファイル名になっています。
　新しいプログラムは改造することで、任意の文字を表示することも容易になると思いますので、次回はこのプログラムを公開したいと考えています。

以上