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[进阶] 快乐智造营 | 12 电子像素画板

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本帖最后由怀若谷于 2021-5-11 21:52 编辑

本系列教程主要分享基于开源硬件和激光建模的创客作品的制作，每个作品涉及两三个电子模块的使用，让学习者能够轻松、扎实地掌握创客制作的知识和技能，并体会到智造的乐趣。

【目录】

9.快乐智造营 | 09 桌面温度计
10.快乐智造营 | 10 多功能测量仪
11.快乐智造营 | 11 遥控电风扇
12.快乐智造营 | 12 电子像素画板

v 12.1项目概述

图12-1

“电子像素画板”，是一个使用RGB LED灯来绘制简单像素画的创客作品。通过该项目的学习，可以掌握JoyStick摇杆和RGB LED点阵屏的使用。

功能介绍：通过JS摇杆来实现绘制点阵图的。往四个方向摇动摇杆可控制点阵屏中的光标分别向上下左右移动；按下JS摇杆，可在绘制、擦除及改变色彩等操作之间进行切换。按下左边的按钮，可清除屏幕上的图案。

演示视频

v 12.2材料准备

图12-2

本项目所需要的硬件材料，如图12-2所示，分别为：

（1）DFRduino Uno R3 1块

（2）IO扩展板 1块

（3）数字按钮模块 1个

（4）8*8 RGB柔性点阵屏 1块

（5）JoyStick摇杆模块 1个

v 12.3 电子模块的使用12.3.1 8*8 RGB全彩LED柔性点阵屏

图12-3

8*8 RGB全彩LED柔性点阵屏，是由64个LED灯级联组成的，相当于一个64珠的WS2812 RGB灯带，排列顺序如图12-3所示。只需要一个引脚就可以控制所有LED的亮灭及颜色，还支持级联扩展，连接更多的点阵屏从而组成更大的点阵屏。

图12-4

在与Arduino Uno主控板连接时，可连接到除D0、D1外的任一引脚。连接示例如图12-4所示，GND、VCC、数据三个引脚要分别对应。

图12-5

在编程软件Mind+中，能控制WS2812灯带的积木有很多，需到【扩展】中的【显示器】下找到【WS2812 RGB灯】，然后选择添加才会在积木区出现。在使用时，需要先进行初始设置，示例程序如图12-6所示，该程序执行的结果是使接在引脚D13上的点阵屏上显示一个红色的“+”号。

图12-6

   在实际使用中我们可以观察LED灯的灯号与坐标的关系，总结出一个转换公式，才能更方便地控制任意一个LED灯。（后面的项目程序中提供了一个参考公式）

12.3.2  JoyStick摇杆模块
   JoyStick摇杆采用PS2摇杆电位器制作，具有2路模拟输出（X和Y），1路按钮数字输出（Z），需要连接3个引脚。其属于输入设备，在编程软件中一般归于“传感器”模块，或者直接使用“引脚操作”来控制。

图12-7

在与Arduino Uno主控板连接时，X和Y两路数据线需连接到A0-A5中的两个引脚，Z可连接到除D0、D1外的任一引脚。连接示例如图12-7所示，GND、VCC、数据三个引脚要分别对应。

图12-8

在编程软件Mind+中，可通过“引脚操作”中的相关积木来获取JS摇杆模块的三轴输入数据值，其中X和Y可以参照电位器的使用方法，Z可以参照数字按钮模块的使用方法。为了了解处于不同的方向及状态下的输入值，可以使用串口打印方法来读取相应的值，示例程序如图12-8所示，该程序执行的结果是将接在引脚A1、A2、A3上的JS摇杆模块的三轴输入值显示出来。

图12-9

分别摇动摇杆向四个方向运动，再往下按下摇杆，查看数值的变化，如图12-9所示。本项目制作所用的JS摇杆模块的属性为：X（左：0，中：500，右：1022），Y（上：1023，中：500，下：0），Z（松开：0，按下：1）。

v 12.4 项目制作

12.4.1 硬件搭建
将数字按钮模块连接到扩展板的D3引脚、点阵屏连接到D2引脚、JS摇杆模块连接到A1-A2-A3引脚，如图12-10所示。

图12-10

12.4.2 编写程序
编程思路：（1）按下数字按钮将所有LED灯关闭，达到清除屏幕的作用；（2）建立变量“X坐标”“Y坐标”来记录LED灯的坐标值，并根据转换公式将坐标值转换为相应的灯号；（3）通过JS摇杆模块X、Y的输入值来判断摇杆的运动方向，从而改变变量“X坐标”和“Y坐标”的值；（4）当JS摇杆模块Z输入值等于1时，说明按下了摇杆，建立一个变量“颜色编号”来记录按下的次数，根据“颜色编号”的值来选择执行不同的指令：显示某种色彩或者关闭该LED灯。本项目中，设置了5种不同的色彩（全黑即为关闭，相当于擦除），我们可以根据需要增加或者改变色彩。

根据编程思路，编写出程序，示例程序如图12-11所示。编好程序后，上传到设备，进行调试。

图12-11

程序中使用的转换公式为：

当Y坐标值为偶数时，灯号=Y*8+X

当Y坐标值为奇数时，灯号=Y*8+7-X

坐标值以第1个灯的坐标为（0，0）计算

12.4.3 设计、切割外型
使用制图软件进行外型的设计，设计图如图12-12所示。

图12-12

图纸设计好后，使用激光切割机进行切割。切割好的木板件如图12-13所示。

图12-13

12.4.4 装配调试
将切割好的木板和硬件进行组装，步骤如图12-14所示。

图12-14

（1）组装好底盒的5块木板

（2）将主控板固定在底板上

（3）固定数字按钮模块和JS摇杆模块

（4）固定RGB点阵屏

（5）安装操控台板

（6）安装显示屏面板

（7）装上顶部横条

v 12.5 拓展学习
   本项目只要改变程序即刻可以变成其他的作品，本人以前就基于相同的材料制作过一个项目——《图像记忆训练器》，可以点击下面的链接进行观摩学习。

      玩物尚志 | 图像记忆训练器

   你还可以把它当成一个迷你游戏机，为它编写一些小游戏，比如“贪吃蛇”等。由于Arduino Uno不支持多线程，编写程序时更考验技巧。想实现更复杂的功能的话，建议将主控板换成支持多线程的主控板。

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