使用Arduino開發BBC micro:bit(二):LED矩陣捲動文字與自訂圖像

micro:bit正面的25個LED矩陣佔用了系統單晶片的12個接腳(註:Nordic nRF51822晶片有32個GPIO腳),透過程式週期性地設定這些接腳的高、低電位輸出,便能點亮或熄滅特定LED。

micro:bit LED矩陣的電路圖

安裝Adafruit_Microbit程式庫

Adafruit公司替micro:bit寫了一個Adafruit_Microbit程式庫,其中包含控制LED矩陣、顯示捲動文字和自訂圖像的功能。這個程式庫使用了其他兩個程式庫,請先在Arduino IDE中,選擇「草稿碼→匯入程式庫→管理程式庫」指令,在「程式庫管理員」面板中輸入“adafruit gfx”關鍵字,安裝“Adafruit GFX”(圖像特效)程式庫

Adafruit GFX程式庫

接著搜尋”blep”關鍵字,安裝BLEPeripheral(低功耗藍牙週邊)程式庫

BLEPeripheral(低功耗藍牙週邊)程式庫

最後,下載Adafruit_Microbit程式庫(.zip壓縮檔),將它解壓縮到「文件/Arduino/libraries」路徑底下(習慣上,我們會刪除程式庫資料夾名稱後面的“-master”)。

程式庫資料夾

這個程式庫裡面包含Adafruit為micro:bit的LED矩陣顯示器製作的5像素高字體,檔名是TomThumb.h。程式庫定義了LED_ONLED_OFF兩個常數,分別代表點亮LED(高電位)和關閉LED(低電位):

  • LED_ON:1
  • LED_OFF:0

Adafruit GFX程式庫提供多個在螢幕上繪圖的指令,像是畫直線、矩形、圓形…等等,通常配合OLED顯示器使用;micro:bit的LED矩陣顯示器的解析度很小,限制了GFX發揮的空間,但仍可執行GFX的繪圖指令,底下列舉GFX程式庫的一些方法:

  • drawLine(x0座標, y0座標, x1座標, y1座標, 色彩):畫直線
  • drawRect(x座標, y座標, 寬, 高, 色彩):畫矩形
  • drawCircle(x座標, y座標, 半徑, 色彩):畫圓

其中的「色彩」參數,在micro:bit控制板上面只有LED_ON和LED_OFF,也就是1(亮)和0(不亮)兩個可能值。底下是Microbit程式庫提供的方法:

  • begin():初始化Microbit物件
  • drawPixel(x座標, y座標, 色彩):繪製一個像素
  • fillScreen(色彩):填滿螢幕
  • clear():清除畫面
  • show(點陣陣列):顯示預設或自訂的符號
  • scrollText(字串, 延遲毫秒):捲動顯示文字,預設捲動速度150毫秒。
  • print(字串):顯示字串(若超過一個字,文字會自行捲動)。
  • print(整數):顯示數字
  • print(浮點數, 精確度):顯示小數點數字,預設精確度到小數點3位。

捲動LED矩陣文字的Arduino程式

程式首先引用Adafruit_Microbit.h程式庫,並且宣告一個Adafruit_Microbit_Matrix類型的變數(物件):

宣告Adafruit_Microbit_Matrix類型變數

在LED矩陣上呈現捲動的“Hello World!”文字,接著顯示從0計數到9的數字,完整程式如下:

#include <Adafruit_Microbit.h>

Adafruit_Microbit_Matrix microbit;

void setup() {
  // 初始化Microbit物件
  microbit.begin();
}

void loop() {
  microbit.print("Hello World!");
  
  for (byte i=0; i<10; i++) {
    microbit.print(i);
    delay(500);
  }
}

顯示自訂點陣圖

自訂的點陣圖透過一個位元組類型(byte或寫成uint8_t)陣列定義,例如,底下的敘述定義一個名叫“invader”的圖像;由於每一列的顯示寬度是5像素,若用8位元資料定義,資料左邊的3個高位元將被忽略。

自訂點陣圖

Miclrobit程式庫預設了幾個自訂圖像:

  • HEART:心型
  • NO:叉叉
  • YES:打勾

底下的程式將每個1秒顯示自訂點陣圖、心型、叉叉和打勾。

#include <Adafruit_Microbit.h>

Adafruit_Microbit_Matrix microbit;

// 自訂的圖像
const byte invader[] = {
  B01110,
  B10101,
  B10101,
  B01110,
  B10101,
};

void setup() {  
  microbit.begin();
}

void loop() {
  // 顯示自訂點陣圖
  microbit.show(invader);
  delay(1000);
  
  // 畫一個心,圖像前面要冠上物件名稱“microbit”。
  microbit.show(microbit.HEART);
  delay(1000);

  // 畫一個叉
  microbit.show(microbit.NO);
  delay(1000);

  // 畫一勾
  microbit.show(microbit.YES);
  delay(1000);
}

最後,在Arduino IDE中選擇「檔案→範例→Adafruit microbit Library→matrixdemo」,可看到繪製直線、圓形和矩形等,GFX程式庫的指令示範。

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