Matrix LED를 좀 쉽게 컨트롤하는 방법(MAX7219)

부품을 하나 샀다.

그것은 바로 MAX7219가 달린 "SZH-EK063" !!

 

 

이 부품(MAX7219)를 사용 함으로서 VCC, GND, DIN, CS(ChipSelect), CLK(Clock) 5개 핀만으로

아두이노에서 64개 led를 컨트롤 할 수 있다.

아두이노에서는 위 5개 핀을 이용해 MAX7219에 필요한 설정을 하고 MAX7219는 설정된 Led를 켜 주는 것이다.

 

Led On/Off 제어를 MAX7219에게 외주(?)를 준 덕분에 아래와 같은 장점을 얻을 수 있다.

- 연결 Line (pin)을 줄일 수 있다. (16개 -> 5개)

- Loop마다 Line을 돌아가며 led on/off 해주는 번거스러움 없어짐

- Loop가 지연됨으로 인해 도트 매트릭스에 그림(또는 문자)가 이상하게 보여지는 부분 방지

- 확장 가능

 

이제 데이터 시트를 살펴보자

(참고 사이트 : https://pdf1.alldatasheet.co.kr/datasheet-pdf/view/227793/MAXIM/MAX7219.html)

연결해줘야 하는 핀은 총 5개

SPI 인터페이스 방식으로 통신 하며

설정 할 땐 CS핀을 Low로 컨트롤 후 설정한다.

데이터 포맷의 크기는16bit(2byte)이며 D15부터 보내면 되겠다(MSB)

 

여기서 CS(ChipSelect)를 간단히 설명하자면 multi slave를 지원하는 방법으로서 

여러개의 slave를 지원하는 방법으로 CS(Chip Select)를 이용하는 방법, Daisy-Chain 방법이 있다.

 

CS를 이용하는 경우 활성화 할 Slave의 CS핀을 Low로 컨트롤 함으로서 CLK, DataIn, DataOut 핀을 공유함에도 특정 slave하고 통신 할 수 있는 것이다.

반면 Daisy-Chain 방법의 경우 각 Slave의 DataOut이 다음 Slave의 DataIn에 연결되어 자신의 차례가 아닌 Slave가 데이터를 받을 경우 다음 Slave로 데이터를 전달 해 줘야 한다. 따라서 차례를 알려주기 위해 마스터가 좀 더 귀찮은 작업을 해 줘야 한다. (No-Op가 이때 쓰인다.) 참고로 지금 사용 할 "SZH-EK063"가 이  방법으로 여러개를 이어 붙일 수 있다.

 

출처 : https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/introduction-to-spi-interface.html

 

이처럼 Line과 핀을 줄이려는 것은 Line과 Pin이 곧 돈이기 때문에....

SPI에 대해서는 아래 site에 잘 설명되어있어 참고하면 좋다.

https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/introduction-to-spi-interface.html

Introduction to SPI Interface | Analog Devices

 

 

설정 할 수 있는 Address 중에 살펴 봐야 하는게

Decode Mode

• 0x00 : No decode 모드로서 D0~7에 설정된 값 그대로 이용하여 컨트롤 함
  내가 사용하는 자재는 도트 매트릭스이므로 No decode(0x00)으로 설정한다.
• 0x01, 0x0F, 0xFF : D0~7을 필요한 만큼 decode하여 미리 설정 내용 대로 컨트롤 함

Intensity

• 밝기 조정 (0x00(어두움) ~ 0x0F(밝음))
  최대 밝기로 하면 눈 아픔...... 

Scan Limit

• 얼마나 많은 digit을 사용할지 (8자로 보이는 led에서는...)
  도트 매트릭스에선 이 값을 줄이면 줄인 수만큼 lin이 안그려지게 된다. (1개 라인 8개 led 컨트롤이 한 글자)

No-Op의 경우 여러개 연결 시 필요한 내용이다.

 

대충 어떤 방식으로 데이터를 보내고 어떤 값을 전달해야하는지 알아봤으니 실제로 컨트롤해보았다.

SPI 방식으로 보내는 방법은

• 직접 GPIO를 High/Low 컨트롤 하여 보내는 방법 (SW적인 방법)
• HW SPI 를 사용하여 보내는 방법 (HW적인 방법으로 특정 핀만 사용 가능)

SW적인 방법을 사용하여 테스트 해 보기로 했다.

참고로 SW적인 방법을 사용 할 때 특별히 지연이 되어도 문제 없는 이유는 읽어야 하는 타이밍을 알려주는 CLK신호도 같이 전달하기 때문이다.

 

핀 연결은 VCC, GND는 아두이노의 각 VCC(5v) , GND에 연결해 두고

나머지 CLK, CS, DIN은 각각 11, 10, 12번 핀에 연결하였다.

 

매트릭스에 켜질 패턴은 이 사이트를 이용하여 만듬~!

http://dotmatrixtool.com/#

 

#define MAX7219_CLK (11)
#define MAX7219_CS  (10)
#define MAX7219_DIN (12)

#define DECODE_MODE_ADDR  (0x09)
#define DECODE_MODE_VAL   (0x00)
#define INTENSITY_ADDR    (0x0A) //Bright Setting (0x00 ~ 0x0F)
#define INTENSITY_VAL     (0x01)
#define SCAN_LIMIT_ADDR   (0x0B) //How many use digit led (line count in matrix led device)
#define SCAN_LIMIT_VAL    (0x07)
#define POWER_DOWN_MODE_ADDR  (0x0C)
#define POWER_DOWN_MODE_VAR   (0x01)
#define TEST_DISPLAY_ADDR (0x0F)
#define TEST_DISPLAY_VAL  (0x00)


void write_to_max7219(uint8_t addr, uint8_t value)
{
  digitalWrite(MAX7219_CS, LOW);  //ChipSelect to LOW
  shiftOut(MAX7219_DIN, MAX7219_CLK, MSBFIRST, addr);
  shiftOut(MAX7219_DIN, MAX7219_CLK, MSBFIRST, value);
  digitalWrite(MAX7219_CS, HIGH); //ChipSelect to HIGH
}

void init_max7219(void)
{
  pinMode(MAX7219_CLK, OUTPUT);
  pinMode(MAX7219_CS, OUTPUT);
  pinMode(MAX7219_DIN, OUTPUT);

  //settings
  write_to_max7219(DECODE_MODE_ADDR, DECODE_MODE_VAL);
  write_to_max7219(INTENSITY_ADDR, INTENSITY_VAL);
  write_to_max7219(SCAN_LIMIT_ADDR, SCAN_LIMIT_VAL);
  write_to_max7219(POWER_DOWN_MODE_ADDR, POWER_DOWN_MODE_VAR);
  write_to_max7219(TEST_DISPLAY_ADDR, TEST_DISPLAY_VAL);
}

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  
  init_max7219();
}

void loop()
{
  static unsigned int pattern = 0;
  unsigned int i;
  unsigned char display_data[2][8] = {
    {0xaa, 0x55, 0xaa, 0x55, 0xaa, 0x55, 0xaa, 0x55},
    {0x55, 0xaa, 0x55, 0xaa, 0x55, 0xaa, 0x55, 0xaa},
  };
  for (i = 0; i < 8; i++) {
    write_to_max7219(i+1, display_data[pattern][i]);
  }

  pattern = !pattern;
  delay(500);
}

 

위 코드에서 shiftOut() 함수에 대한 설명 (즉 데이터 1byte를 bit 단위로 pin 2개를 컨트롤 & 토글 해 준다)

https://www.arduino.cc/reference/ko/language/functions/advanced-io/shiftout/

아두이노 참조

 

 

이로서 MAX7219를 통해 좀 더 쉽고 효율적으로 도트 매트릭스를 컨트롤 할 수 있게 되었다.

다음엔 무엇을 해 볼까나.......