Матричный дисплей на MAX7219. Делаем часы с погодой.

Микросхема MAX7219 — готовый драйвер для семисегментных и матричных светодиодных индикаторов. Как подключать маленькие и большие цифровые индикаторы я уже писал. Теперь решил попробовать собрать матричный дисплей.
Много DIY, печатных плат и программирования микроконтроллера под катом.

Заказал 8 матричных модулей 8x8 с ценой чуть больше доллара за штуку. Так как при количестве больше 1 шт получалась платная доставка, не поленился, сделал 8 заказов. Сейчас товар не доступен, но легко можно найти такой же, может чуть дороже.

Ехало все это богатство больше двух месяцев.
В комплекте платка с микросхемой, сам индикатор, разъемы для индикатора и для соединения каждой платы.

Размеры индикатора 3.2 см Х 3.2 см. Подключение к микроконтроллеру по SPI «в один конец» по трем проводам. Модули подключаются каскадно — DIN->DOUT. Все остальные выводы запаралелены.
Подключив один модуль к ардуинке (фоток не осталось) решил сразу собирать дисплей.
Из двух конфигураций 8x64 и 16x32 выбрал вторую, так как решил в конечном итоге делать часы.
Первая же это классическая «бегущая строка».
Чтобы меньше возиться с проводами, развел плату под дисплей (и чего бы на нее сразу контроллер не установить было?)


Готовый собранный экран подключил к ESP8266.
Для таких модулей обычно используется ардуиновская библиотека LedControl . Но мне больше приглянулся драйвер для модулей MAX7219 к графической библиотеке AdafruitGFX.
В отличие от LedControl, где с каждому модулю обращаются по номеру, Max72xxPanel позволяет работать со всеми модулями, как с едиными пиксельным дисплеем.
К ESP8266 подключение такое:

• DIN -> GPIO13 (MOSI)
• SCK -> GPIO14 (SCK)
• CS -> GPIO16 (к любому свободному)

В конструкторе объекта матрицы определяем PinCS, а также количество модулей по вертикали и по горизонтали

int pinCS = 16; // Attach CS to this pin, DIN to MOSI and CLK to SCK (cf http://arduino.cc/en/Reference/SPI )
int numberOfHorizontalDisplays = 4;
int numberOfVerticalDisplays   = 2;

Max72xxPanel matrix = Max72xxPanel(pinCS, numberOfHorizontalDisplays, numberOfVerticalDisplays);

В секции SETUP программы нужно сконфигурировать наш дисплей, то есть задать последовательность подключения модулей и орентацию каждого модуля.


Микросхема MAX7219 поддерживает 16 градаций яркости светодиодов. Ставим максимальную:

matrix.setIntensity(15);

Дисплей превращается в яркий красный фонарь

мощностью более 12Вт

К тому же довольно ощутимо нагревающийся

Собственно удивляться нечему — все написано в даташите на MAX7219, Максимальный ток на всех сегментах одного модуля — 330мА, что при умножении на 8 и дает 2.6А. Минимальный ток — 1/16 от этой цифры. В нашем случае около 160мА. При установке интенсивности ток будем меняться с шагом 1/16 от максимального.
При такой яркости дисплея не вижу смысла устанавливать значение интенсивности больше 7.
С током разобрались, перейдем к выводу информации на наш дисплей.
В примерах к библиотеке Max72xxPanel есть простенькая программа — вывод бегущей строки. По умолчанию, строка выдается стандартным шрифтом библиотеки GFX 5x7.
Русификация данной библиотеки подробно рассмотрена здесь.
Суть сводится к тому, что нужно скачать по ссылке архив, взять оттуда русский фонт и положить его в папку AdafruitGFX-master. Остальные файлы, это примеры, как перекодировать константы, введенные в среде Arduino в UTF-8 в кодировку фонта 1251.
Там есть для этого функция utf8rus

С отображением текста теперь все ясно. Но дисплей у на ГРАФИЧЕСКИЙ. Значит без отображения графики, хотя бы статической, никуда.
Чтобы подсунуть графику библиотеке GFX, нужно запихнуть ее в байтовый массив.
Для этого можно воспользоваться онлайн-сервисом
Рисуем картинку или иконку в любом редакторе, подсовываем ее этому сервису. Шаманим с параметрами, если нужно и получаем готовый массив

Теперь если скормить этот массив функции drawBitmap, то получаем ее на дисплее

const unsigned char logo2 [] PROGMEM = {
0xff, 0xff, 0xdf, 0xfd, 0xcf, 0xf9, 0xc7, 0xf1, 0xc0, 0x01, 0xe0, 0x03, 0xe0, 0x03, 0xc2, 0x11, 
0xc7, 0x39, 0xc2, 0x11, 0x80, 0x01, 0x00, 0xc1, 0x00, 0x03, 0x00, 0x03, 0x00, 0x07, 0x00, 0x0f };
  
matrix.drawBitmap(0, 0,  logo2, 16, 16, 0, 1); 
matrix.write();
 

Интересно смотреть в тепловизор, как нагреваются отдельные пикселы


С дисплеем все понятно. Теперь можно сделать из него что-нибудь полезное. В интернете ходит шутка, что бы вы не делали с ESP8266 — получается метеостанция. ))) Вот ее то мы и будем делать, только без датчиков. Погоду пусть контроллер берет из интернета, с бесплатного сервиса openweathermap.org и отображает попеременно со временем, которое получает по NTP. Погода получается в формате jSON. Пытался договориться с Яндексом на получение погоды, но служба поддержки меня послала объяснила, что бесплатный доступ к API погоды они дают только СМИ.
Под цифры полной высоты шрифт не подобрал, поэтому нарисовал 10 картинок


Значок подключения к WiFi


Полный скетч который запрашивает время и погоду и выводит на экран выложил на GITHUB
Осталось подобрать подходящий корпус

Вытравливаю плату с контроллером (и что бы ее с платой дисплея не совместить?)

Прошиваю ESP8266 на программаторе.

Паяю плату контроллера

Монтирую в корпусе


Закрываю прозрачным стеклом с красным светофильтром (хорошо подходят цветные файлы для бумаг )

Для крепление с ходу не придумалось ничего лучше стяжек

Питание — старый зарядник от телефона. При яркости 50% и не полном заполнении экрана ток потребления получается порядка 0.5А, так что зарядника вполне хватит. И часы в черновом варианте готовы.



Смотреть работу часов лучше на видео

Восторг кота слышен на заднем плане )))

Пора подводить итог.
Модули вполне годные, но работать мне с ними не понравилось. Слишком много возьни, избыточное количество микросхем, хотя лучше, чем на WS2812, где микросхема в каждом диоде.
Все же лучше применять готовые дисплеи. Например,P6 RGB гораздо большего размера обойдется в $11

В целом проект удачный, часы после небольшой доработки корпуса пойдут в подарок.
Доделаю выдачу даты, снижение яркости дисплея после захода солнца (сервис openweathermap.org lдает эту информацию) и прогноз погоды, а также отображения температуры в корпусе часов в комнате. Разъем для DS18B20 предусмотрен.
Всем хорошего дня и солнечных выходных. А то пока делал часы, больше 21С они не вещали. И это в июле!