ماتریس LED 24x6 با آردوینو

برای شروع این پروژه به یه سری ابزار اولیه مثل هویه، سیم لحیم، کف‌چین، دم‌باریک، سیم‌لخت‌کن و در صورت نیاز قلع‌کش احتیاج داری. برای خود ماتریس هم قطعات زیر رو لازم داریم:

144 عدد ال‌ای‌دی، 24 عدد مقاومت (مقدارش به نوع ال‌ای‌دی شما بستگی داره، تو این مدار از 91 اهم استفاده شده)، یک آیسی شمارنده 4017 و 6 عدد مقاومت 1 کیلواهم. علاوه بر این‌ها، به 6 عدد ترانزیستور 2N3904، یه برد سوراخ‌دار بلند و البته یه برد آردوینو هم نیاز داری.

در نهایت هم 3 عدد آیسی شیفت رجیستر 74HC595 و مقداری پین‌هدر برای اتصالات روی برد لازم داریم.

راز اصلی کار کردن این نمایشگر، تکنیک مالتی‌پلکسینگه (Multiplexing). ایده کار خیلی سادست: اطلاعات به بخش‌های کوچیک تقسیم می‌شن و یکی‌یکی به نمایشگر ارسال می‌شن. این‌طوری می‌تونی کلی تو مصرف پین‌های آردوینو صرفه‌جویی کنی و مدارت رو هم ساده‌تر نگه داری. تو این پروژه، ما از 3 تا شیفت رجیستر استفاده می‌کنیم که تعداد خروجی‌ها رو چند برابر می‌کنن.

هر شیفت رجیستر 8 تا خروجی داره و تو فقط با 3 تا پین آردوینو می‌تونی تعداد تقریبا نامحدودی از این آیسی‌ها رو کنترل کنی. در کنار این‌ها، ما از آیسی شمارنده 4017 برای اسکن کردن سطرها استفاده می‌کنیم. با این آیسی می‌تونی تا 10 سطر رو کنترل کنی، در حالی که فقط به 2 تا پین آردوینو نیاز داری.

آیسی 4017 به شدت کاربردیه و یادگیری کار باهاش تو پروژه‌های الکترونیکی خیلی به دردت می‌خوره. همون‌طور که گفتم، اسکن کردن سطرها با 4017 انجام می‌شه. این آیسی هر بار فقط یک سطر رو به زمین (GND) وصل می‌کنه و هم‌زمان، داده‌های مربوط به همون سطر از طریق شیفت رجیسترها به ستون‌های مربوطه فرستاده می‌شن.

تنها چیزی که تو نقشه‌های شماتیک مقدارش به صورت دقیق مشخص نشده، مقاومت‌های محدودکننده جریان هستن. دلیلش هم اینه که ولتاژ و جریان کاری رنگ‌های مختلف ال‌ای‌دی با هم فرق داره؛ پس باید خودت مقدار دقیقشون رو محاسبه کنی. برای پیدا کردن مقدار این 24 تا مقاومت، می‌تونی از ماشین‌حساب‌های آنلاین الکترونیک کمک بگیری.

اول از همه باید مشخصات LEDهایی که خریدی رو بدونی؛ یعنی ولتاژ راه‌اندازی (Forward Voltage) و جریان مجازشون. چون مدار ما با 5 ولت کار می‌کنه، ولتاژ منبعت همون 5 ولت در نظر گرفته می‌شه. با داشتن این دو تا عدد می‌تونی بهترین مقاومت رو انتخاب کنی تا به LEDهات فشار نیاد.

نقشه‌های شماتیک رو با دقت بررسی کن تا اتصالات رو درست روی برد پیاده کنی. حتی یه طرح PCB هم برای بخش کنترلی آماده شده که می‌تونی ازش ایده بگیری و قطعات رو خیلی مرتب‌تر کنار هم بچینی و روی برد سوراخ‌دارت پیاده‌سازی کنی.

لحیم کردن 144 تا ال‌ای‌دی روی یه برد سوراخ‌دار می‌تونه یکم چالش‌برانگیز باشه، مخصوصا اگه روش و نظم درستی براش نداشته باشی. استفاده از کلی سیم جامپر کوچیک هم خیلی وقت‌گیره و هم ظاهر کار رو شلوغ می‌کنه. پس بیا از یه ترفند تمیزتر استفاده کنیم.

اول باید پایه‌های مثبت (آند) ال‌ای‌دی‌ها رو به سمت پایین و به طرف ال‌ای‌دی‌های دیگه خم کنی تا یه ستون یکپارچه تشکیل بشه. قسمت‌های اضافی پایه‌ها رو با کف‌چین ببر و سعی کن اتصالات رو تا جای ممکن نزدیک به سطح برد انجام بدی. این کار رو برای تمام پایه‌های مثبت مدارت تکرار کن.

حالا نوبت پایه‌های منفی (کاتد) می‌رسه. چون سطرهای مثبت سر راه هستن، لحیم‌کاری پایه‌های منفی یکم دقت می‌خواد. باید پایه منفی رو با زاویه 90 درجه خم کنی و یه جور پل از روی سطر مثبت بسازی تا به پایه منفی بعدی برسه. همین روال رو تا آخرین ال‌ای‌دی ادامه بده تا اتصالات شبکه‌ای کامل بشن.

برای لحیم‌کاری شیفت رجیسترها و بقیه قطعات کنترلی هم می‌تونی از روش و استایل لحیم‌کاری خودت استفاده کنی. فقط حواست باشه که پایه‌ها رو دقیقا طبق شماتیک به هم وصل کنی و هیچ اتصال کوتاهی روی برد به وجود نیاد.

دیگه چیزی تا پایان نمونده! تنها بخش باقی‌مونده، نوشتن کدهای این نمایشگره. منطق برنامه به این شکله که باید الگوهای روشن و خاموش شدن رو برای مدار تعریف کنیم تا حروف و شکل‌ها رو بسازن.

می‌تونی برنامه‌ای بنویسی که یه کلمه یا جمله رو از طریق سریال مانیتور (Serial Monitor) نرم‌افزار آردوینو دریافت کنه و روی ماتریس نمایش بده. دستت کاملا بازه تا کدها رو به دلخواه خودت تغییر بدی و برنامه‌های خیلی بهتری برای این نمایشگر بنویسی. حتی می‌تونی کاراکترها و نمادهای اختصاصی خودت رو هم به سادگی طراحی کنی.

روش کار خیلی سادست: تو نمادی که می‌خوای رو پیکسل به پیکسل طراحی می‌کنی و خروجی متناظرش رو به کمک دستور define تو برنامه قرار می‌دی. با کمی تمرین روی کدنویسی، حتی می‌تونی برای این ماتریس انیمیشن‌های جالب یا بازی‌های کلاسیکی مثل مار (Snake) هم بنویسی!

تبریک می‌گم! تو موفق شدی یه ماتریس ال‌ای‌دی متنی با ابعاد 24x6 بسازی و حالا می‌تونی هر متنی که دوست داری رو به صورت پویا روی اون به نمایش دربیاری. حالا وقتشه که با کدها بازی کنی و رابط کاربری جذاب‌تری براش بنویسی.

امیدوارم از این پروژه آیسی‌مدار حسابی لذت برده باشی؛ حتما این آموزش رو برای دوستات که عاشق ساختن گجت‌های الکترونیکی هستن بفرست تا اونا هم بتونن نمایشگر خودشون رو بسازن!