Mammut-Matrix Display mit MAX7219, ESP8266/ESP32 in MicroPython - Teil 1

Dieser Beitrag ist auch als PDF-Dokument verfügbar.

Eine Großleinwand ist es sicher nicht, aber das Display, aufgebaut aus mehreren Matrixelementen mit 8x8 LEDs, ist auch aus fünf Metern Entfernung noch gut ablesbar. Ich habe Module mit je vier Einzeldisplays kaskadiert und mit einem MicroPython-Modul zur Ansteuerung versehen. Die Klasse MATRIX aus dem Modul matrix8x8.py hat elementare Methoden aus der Klasse Framebuffer geerbt. Dazu zählen Pixel, Linien, Rechtecke und Textausgabe. Darüber hinaus stellt MATRIX aber auch komplexe Methoden wie Verschieben, Rollen und Blinken zur Verfügung. Natürlich ist das Display beliebig verlängerbar von einem Einzelelement bis zu Kaskaden aus mehreren Vierergruppen. Angesteuert wird das Display über einen reduzierten SPI-Bus. Die MISO-Leitung hat keine Funktion und wird daher eingespart. Interesse geweckt? Dann willkommen zu einer neuen Folge von

MicroPython auf dem ESP32 und ESP8266

heute

Das Mammut-Matrix-Display unter MicroPython

Achter-Display in Aktion

Bevor wir mit dem Erstellen der Klasse MATRIX beginnen, ein paar Informationen zum verwendeten LED-Modul und dessen Treiberchip MAX7219, das erleichtert das Verständnis bei der Programmierung.

Die Mäxe und der Framebuffer

Der MAX7219 ist nativ ein Hardwaretreiber für 7-Segment-Displays mit 8 Digits. Das heißt, er kann 8 Segmente, inklusive Dezimalpunkt, für 8 Anzeigeeinheiten (Ziffern) ansteuern. Das Ganze ist gemultiplext. Daher reichen 8 + 8 = 16 Leitungen für 64 LEDs. Unterm Strich ist es aber nun egal, ob 8 Segmente oder 8 einzelne LEDs in einer Zeile in dem Moment an +Vcc gelegt werden, wenn gerade die von allen 8 Segmenten zusammengeführten Kathoden auf GND gehen. Wenn man es genau sieht, wurde der MAX7219, der unter jedem einzelnen Matrixdisplay sitzt, also zweckentfremdet. Statt 8 Stück 7-Segmentanzeigen erhalten wir also nur ein Digit mit 8 Zeilen und 8 Spalten. Dafür kann unser Digit aber außer Ziffern und einer Handvoll Zeichen, wie bei einer 7-Segmentanzeige, auch alle Groß- und Kleinbuchstaben des englischen Alphabets und sogar Grafikelemente, wie Linien, Pixel und Rechtecke sowie beliebige Muster, anzeigen.

Abbildung 1: Der Displaytreiber MAX7219

Abbildung 1: Der Displaytreiber MAX7219

Die besagten Eigenschaften werden durch das MicroPython-interne Modul framebuf mit der Klasse Framebuffer zur Verfügung gestellt. Der Name dieser Klasse ist Programm, denn damit das alles funktionieren kann, brauchen wir einen Auffangspeicher für die Pixelmuster des Displays. Dieser Speicher wird in unserer Klasse MATRIX in Form eines Bytearrays mit dem Namen buffer zur Verfügung gestellt. Die einzelnen Befehle füllen den Buffer Stück für Stück, bis wir ihn schließlich als Ganzes an die Mäxe des Displays schicken. Die Abbildung 2 zeigt den Zusammenhang für vier kaskadierte einzelne Matrixblöcke.

Abbildung 2: Matrix-Display und Framebuffer

Abbildung 2: Matrix-Display und Framebuffer

Jeder MAX7219 besitzt, neben einigen anderen Registern, 8 Zeilenregister mit den Adressen von 0x01 bis 0x08. Eine 1 in einem Bit lässt die entsprechende LED im Display aufleuchten.

Im ESP32 oder ESP8266 habe ich den Framebuffer als Array, also als Folge von einzeln adressierbaren Bytes eingerichtet. Jedes Zeilen-Register in einem der Chips entspricht einem Byte im Framebuffer. Die Zuordnung ist so organisiert, dass die ersten 4 Bytes aus dem Buffer der ersten Zeile in den 4 Blöcken entsprechen. Die vier Bytes werden unter Angabe der Registeradresse 0x01 über den SPI-Bus nacheinander zum MAX7219 von Block 3 gesendet. Nachdem dieser Chip das Byte, das eigentlich für Block 0 gedacht ist, erhalten hat, senden wir ihm ein zweites Byte, das ist für Block 1 gedacht. Während Block 3 das empfängt, sendet er das zuvor erhaltene an den Block 2 weiter. Wenn Block 3 dann endlich das für ihn selbst gedachte Byte empfangen hat, ist das zuerst versandte Byte für Block 0 auch in Block 0 angekommen, denn jeder Treiberchip gibt ein Byte weiter, wenn er eines empfängt. Alle Chips liegen ja an derselben Taktleitung und an der derselben Freigabeleitung. Jede der 8 Zeilen des Displays wird nach demselben Schema übertragen. Hätten wir 8 Blöcke, bräuchten wir 8 Bytes für den Inhalt der ersten kompletten Zeile des Displays im Framebuffer und 8 Sendebefehle zum Durchschieben.

Die Taktgeschwindigkeit auf dem SPI-Bus beträgt nominell 10MHz. Wie schnell die Taktung wirklich ist, habe ich nicht gemessen. Sie ist in jedem Fall schnell genug, um einen fließenden Betrieb zu gewährleisten.

Hardware

1

D1 Mini NodeMcu mit ESP8266-12F WLAN Modul

oder NodeMCU Lua Amica Modul V2 ESP8266 ESP-12F

oder ESP32 Dev Kit C unverlötet

oder ESP32 NodeMCU Module WLAN WiFi Development Board

nach Bedarf

MAX7219 8x8 1 Dot Matrix MCU LED Anzeigemodul

oder MAX7219 8x32 4 in 1 Dot Matrix LED Anzeigemodul

1

KY-004 Taster Modul

1

LM2596S DC-DC Netzteil Adapter Step down Modul

diverse

Jumperkabel

1

Minibreadboard oder

Breadboard Kit - 3 x 65Stk. Jumper Wire Kabel M2M und 3 x Mini Breadboard 400 Pins

Die Hardware ist überschaubar. Zum Controller, ESP32 oder ESP8266, werden mehrere Blöcke von Matrixanzeigen im Format 8x8 Pixel benötigt. Die Breite der gesamten Anzeige, also die Anzahl an Elementen, richtet sich nach Ihren Bedürfnissen und ist frei skalierbar.

Zum Ankoppeln habe ich die Vierergruppen mit kurzen Litzen und einer 5-poligen Buchsenleiste versehen. Die passt genau zwischen Display und MAX7219. Die gekoppelten Blöcke schließen dadurch nahtlos aneinander an.

  Abbildung 3: Kaskadierung mit Buchsenleiste
Abbildung 3: Kaskadierung mit Buchsenleiste

Abbildung 4: Angekoppelt

Abbildung 4: Angekoppelt

Die Schaltung ist sehr übersichtlich. Von der Anzeige ist nur ein Element eingetragen. Es kann ohne weiteres um eine oder mehrere 4-er-Gruppen erweitert werden, wie in Abbildungen 3 und 4 gezeigt.

Abbildung 5: Mammut-Matrix-Schaltung

Abbildung 5: Mammut-Matrix-Schaltung

Als 5V-Versorgung für mehrere 8x8-Elemente sollte eine Spannungsversorgung mit ausreichend Stromstärkereserven verwendet werden. Ich verwende dafür ein Modul mit Step-Down-Converter, das bis zu 2A (3A kurzzeitig) liefern kann. Bei variabler Eingangsspannung von 5 bis ca. 20V wird der Ausgang auf 5V mit dem Trimm-Poti eingestellt.

Abbildung 6: Spannungsversorgung mit Buck-Konverter auf meiner Trägerplatine

Abbildung 6: Spannungsversorgung mit Buck-Konverter auf meiner Trägerplatine

Ich habe mir dazu eine Basisplatine entworfen, mit Rohrbuchse am Eingang und USB-A-Buchse am Ausgang. Das Ganze ist auf einer Plexiglas-Grundplatte montiert.

Die Software

Fürs Flashen und die Programmierung des ESP32:

Thonny oder

µPyCraft

Verwendete Firmware für den ESP8266/ESP32:

MicropythonFirmware

Bitte eine Stable-Version aussuchen

ESP8266 mit 1MB Version 1.18 Stand: 25.03.2022 oder

ESP32 mit 4MB Version 1.18 Stand 25.03.2022

Die MicroPython-Programme zum Projekt:

matrix8x8.py Treibermodul für den MAX7219

matrixtest.py Demoprogramm für ein x mal 8 -Matrixdisplay

Sonstige Software:

Packet Sender Downloadseite

Packet Sender Windows Install Version

Packet Sender Windows Portable

Packet Sender Linux

MicroPython - Sprache - Module und Programme

Zur Installation von Thonny finden Sie hier eine ausführliche Anleitung (english version). Darin gibt es auch eine Beschreibung, wie die Micropython-Firmware (Stand 05.02.2022) auf den ESP-Chip gebrannt wird.

Das Mammut-Matrix-Modul

Die Funktionsweise des MAX7219 habe ich eingangs ja schon erläutert. Somit können wir sofort mit der Programmierung des Treibermoduls beginnen.

Das Programm matrix8x8.py wird unter der MIT License kostenlos zur Verfügung gestellt und bietet neben dem Interface zur Hardware einige Features, welche die Anwendung wesentlich erleichtern.

So überschaubar wie die Hardware, ist auch der Import von Modulen. Essentiell ist das Modul framebuf, von dem uns speziell die Klasse Framebuffer interessiert. Für die Zeitsteuerung importieren wir vom Modul time die Methoden sleep und sleep_ms. Wir schauen uns einmal an, was uns framebuf alles zu bieten hat.

>>> import framebuf
>>> framebuf
<module 'framebuf'>
>>> dir(framebuf)
['__class__', '__name__', 'FrameBuffer', 'FrameBuffer1', 'GS2_HMSB', 'GS4_HMSB', 'GS8', 'MONO_HLSB', 'MONO_HMSB', 'MONO_VLSB', 'MVLSB', 'RGB565']
>>>

Neben der Klasse Framebuffer ist die Konstante MONO_HLSB wichtig. Sie sorgt dafür, dass in unserem horizontal orientierten Display das LSB, also das niederwertigste Bit, im Framebuffer auch im LSB des Zeilen-Registers des MAX7219 landet. MONO_HMSB würde die Zeichen an der korrekten Position im Display seitenverkehrt anzeigen. Es ist ein interessantes Unterfangen herauszufinden, was man damit alles anstellen kann.

Es folgen die Deklarationen für die Register des MAX7219. Die Information dazu findet sich im Datenblatt von Maxim Integrated.

Damit sind wir auch schon bei der Definition der Klasse MATRIX angekommen. Ich habe beschlossen, die Klasse Framebuffer zu beerben. Deshalb steht ihr Name in den runden Klammern hinter MATRIX. Das ist praktisch und in diesem Fall unbedenklich, weil keine der von mir definierten Methoden denselben Namen haben wird, wie eine Methode von Framebuffer. Damit wird auch keine dieser Methoden überschrieben. Und praktisch ist es deshalb, weil ich jede Methode aus Framebuffer so aufrufen kann, als wäre sie in MATRIX definiert. Beide Scopes sind also verschmolzen.

class MATRIX(framebuf.FrameBuffer):
   
   def __init__(self, spi, csPin, anzahl=4):
       self.spi = spi
       self.cs = csPin
       self.buffer=bytearray(anzahl*8)
       self.buf=bytearray(2)
       self.anzahl=anzahl
       super().__init__(self.buffer, self.anzahl*8, 8,\
                        framebuf.MONO_VLSB)
       self.initDisplay()
       self.blank=(0,0,0,0,0,0,0,0)

Die Funktion - Verzeihung, in einer Klasse heißen Funktionen ja Methoden - also die Methode __init__() ist der Konstruktor der Klasse. Sie wird dazu benutzt, um nach dem Bauplan der Klasse ein Objekt davon zu erstellen. Aufgerufen wird der Konstruktor später über den Namen der Klasse.

Der Parameter self ist eine Referenz auf ein erstelltes Objekt. Wir übergeben an die Methode das SPI-Objekt, das im aufrufenden Programm erstellt werden muss, das GPIO-Pin-Objekt für die Chipauswahl und die Anzahl von Matrixelementen.

Danach erzeugt der Konstruktor die objektspezifischen Objekte und Variablen, unter anderem den Framebuffer und ein bytearray der Länge 2, welches zur Kommunikation mit dem MAX7219 methodenübergreifend benötigt wird. Auch die Anzahl von Anzeigeelementen wird für das entsprechende Objekt festgelegt.

Jetzt folgt die Initialisierung der Klasse Framebuffer, von der wir geerbt haben. Ich gebe eine Referenz auf das Array buffer, die Anzahl der Matrixelemente, deren Höhe in Pixel und die Information zur Organisation von Framebuffer-Byte zu MAX7219-Register weiter.

Der Aufruf der Methode initDisplay() stellt alle beteiligten Mäxe auf Startposition. Zum Schluss erzeuge ich ein Tuple blank, das dazu dient, alle LEDs in einem Block zum Erlöschen zu bringen, wenn die Methode shape() darauf zugreift.

Als Nächstes brauchen wir eine Routine initDisplay(), die das Display initialisiert. Die Konfigurations-Register aller Mäxe müssen mit den Startwerten versorgt werden. Den Datensatz dazu bereitet die Methode initDisplay() vor, und die Methode writeCommand() sendet die Nachricht an alle eingebundenen Mäxe. Der Anzeigebereich wird gelöscht und die Löschung mittels show() sichtbar bemacht.

    def initDisplay(self):
       for cmd,val in (
          (Shutdown,0x00), # Display aus
          (DecodeMode, NoDecode),
          (Intensity, 0x08),
          (DisplayTest, 0x00),
          (ScanLimit, 0x07),
          (Shutdown,0x01), # Display an
          ):
           self.writeCommand(cmd,val)
           self.fill(0)
           self.show()

In dieser Methodendefinition taucht der Befehl writeCommand auf. Diese Methode ist eine der drei grundlegenden Funktionen, welche die unmittelbare Kommunikation mit den Mäxen erledigt. Dazu kommen wir gleich. Die Initialisierung wird abgeschlossen durch das Löschen des Displays. Die Methode fill aus der Klasse Framebuffer setzt einfach alle Bytes im "Bildschirmspeicher" auf 0. Damit das am Display sichtbar wird, muss der Buffer an die Mäxe geschickt werden, das macht die Methode show().

Die Methode writeCommand() nimmt die beiden Parameter cmd und val. cmd ist eine Registeradresse im MAX7219 und val der Wert, der geschrieben werden soll und zwar an alle Mäxe. Die Registeradresse kann man auch als Kommando-Code auffassen. So dient das Register Shutdown = 0x0C dazu, alle LEDs eines Elements aus- oder einzuschalten.

    def writeCommand(self,cmd,val):
       self.buf[0]=cmd
       self.buf[1]=val
       self.cs(0)
       for unit in range(self.anzahl):
           self.spi.write(self.buf)
       self.cs(1)

Die Parameter werden als Integerwerte übergeben. spi.write() will aber ein Objekt, das auf dem Buffer-Protokoll basiert. Wir haben im Konstruktor bereits ein Buffer-Objekt mit zwei Elementen erzeugt. Als Instanz-Objekt können wir es in jeder Methode verwenden, Stichwort: Recycling. Den Elementen weisen wir jetzt einfach die Referenzen auf die Parameter zu und haben damit das benötigte Bytes-Objekt. Wir legen die Chipselect-Leitung auf 0, und die for-Schleife schiebt nun die 16 Bits mit dem MSB voraus durch alle Mäxe bis zum Linksaußen. Jeder Chip hat damit denselben Befehl erhalten, der mit self.cs(1) übernommen wird.

Die Methode write() sendet den Inhalt des Bytearrays buffer. buffer sollte natürlich die Länge haben, die gleich zweimal der Anzahl der Matrixelemente ist, damit auch wirklich jedes anvisierte Ziel getroffen wird. Für jeden Befehl sind ja zwei Bytes zu versenden, das Kommando und der Registerinhalt.

    def write(self, buffer):
       self.cs(0)
       self.spi.write(buffer)
       self.cs(1)

Anders als mit writeCommand() können mit write() unterschiedliche Befehle an mehrere Mäxe gesendet werden. Das folgende Array würde zum Beispiel das erste und das letzte Element einer 8-er Reihe auf die Helligkeitsstufe 3 setzen und die Elemente 3 und 4 ausblenden.

>>> d.text("12345678",0,0)
>>> d.show()
>>> b=bytearray(b'\n\x03\x00\x00\x00\x00\x0C\x00\x0C\x00\x00\x00\x00\x00\n\x03')
>>> d.write(b)
>>>

Die Nullbytefolge \x00\x00 stellt den NoOp-Befehl dar, der an den Elementen 1, 2, 5 und 6 keine Änderung bewirkt. Die NoOps sind als Füller nötig, weil es beim MAX7219 keine Möglichkeit gibt, gezielt Elemente anzusteuern, wie es bei Neopixel-Displays passiert.

writeAt() ist die dritte Methode mit Direktwirkung. Sie nimmt die Nummer der Einheit, ein Kommando und einen Wert als Ganzzahl. Nach der Erzeugung des Null-Bytearrays der Länge 2 mal Anzahl Matrixelemente, wird die durch unit adressierte Stelle mit dem Kommandocode und dem Wert belegt. Dann gehen die Bytes des Arrays auf die Reise.

    def writeAt(self, unit, cmd, val):
       buf_= bytearray(self.anzahl*2)
       buf_[unit*2]=cmd
       buf_[unit*2+1]=val
       self.cs(0)
       self.spi.write(buf_)
       self.cs(1)

Die Methode _writeLine() steht von ihrer Bedeutung her zwischen den eben behandelten LOW-Level-Methoden und den Premiummethoden. Sie dient dazu, die acht Bytes eines Musters (shape) in die richtige Position des Framebuffers zu schreiben. Die Arbeitsweise ist nicht pixelorientiert, sondern an den Elementen ausgerichtet. Benutzt wird diese eigentlich private Methode von der Methode shape(), welche grafische Muster in einem Matrixelement darstellt.

    def _writeLine(self,unit,line,val):
       self.buffer[(line * self.anzahl) + unit]=val

Bei der Entwicklung eigener Methoden zur Ansteuerung der LED-Matrix hat sich die Methode printBuffer() als sehr nützlich erwiesen. Nach der Verwendung von Befehlen, die in den Framebuffer schreiben, kann man damit dessen Inhalt ausgeben lassen. Die Bytes werden als 0-1-Folgen mit vollen 8 Zeichen Länge ausgegeben.

    def printBuffer(self):
       for i in range (len(self.buffer)):
           print("{:08b}".format(self.buffer[i]))

Alle nun folgenden Methoden zähle ich bereits zur High Society, weil sie sich der LOW-Level-Befehle bedienen, um mit den Mäxen zu kommunizieren. Sie erledigen jeweils auch eine ganz spezielle Aufgabe.

setIntensity() stellt die Helligkeit aller Matrixelemente auf einen Helligkeitswert von 0 bis 15 ein, indem sie writeCommand() die Registernummer und den Wert übergibt.

    def setIntensity(self,val):
       intensity=val if 0<=val<=15 else 15
       self.writeCommand(Intensity, intensity)
       
   def shutdown(self,state=True):
       val=ShutdownMode if state else NormalMode
       self.writeCommand(Shutdown,val)

shutdown() geht ähnlich vor, um alle Elemente dunkel zu tasten (True = default) oder einzublenden (False). Wenn es, wie hier, nur um die entsprechende Zuweisung von Werten geht, verwende ich gerne Conditional Expressions (bedingte Ausdrücke). So geht in einer Zeile, was sonst vier Zeilen beansprucht.

val=ShutdownMode if state else NormalMode 

statt

if state:
   val = ShutdownMode
else:
   val = NormalMode

Wie bekommen wir denn nun Zeichen und grafische Elemente in die Anzeige? Wenn Sie sich die Datei matrix8x8.py bereits heruntergeladen und durchgeschaut haben, werden Sie keinerlei Befehle dazu gefunden haben. Die sind aber implizit bereits ab der ersten Zeile im Namensraum der Klasse MATRIX vorhanden. Sie stammen nämlich alle aus dem Erbe der Klasse FrameBuffer. Ich schiebe einfach einmal eine Aufstellung dazwischen.

fill(c)

gesamtes Display

Display füllen oder löschen

fill_rect(x,y,b,h,c)

pixelorientiert

gefülltes Rechteck

x,y linkeobere Ecke

b,h Breite und Höhe

hline(x,y,w,c)

pixelorientiert

Horizontale Linie

x,y Startpunkt (links)

w Breite/Länge

line(x,y,xb,yb,c)

pixelorientiert

x,y Startpunkt,

xb,yb Endpunkt

pixel(x,y,c)

pixelorientiert

Punktkoordinaten

rect(x,y,b,h,c)

pixelorientiert

Umrandung

x,y linkeobere Ecke

b,h Breite und Höhe

scroll(x,y)

pixelorientiert

Displayinhalt verschieben

mit Vektor x,y

text(t,x,y,c)

pixelorientiert

Textausgabe

x,y linkeobere Ecke

vline(x,y,h,c)

pixelorientiert

vertikale Linie

x,y startpunkt (oben)

h Höhe

c=0 | 1: dunkel | hell

x=0..(Anzahl Elemente * 8) - 1

y=0..7

b=1..(Anzahl Elemente * 8) - x

h=1..8-y

t Textkonstante oder String-Variable

Damit die Objekte sichtbar werden, muss der Framebuffer zum Display geschickt werden. Das macht die Methode show(). Sie schiebt Zeile für Zeile die entsprechenden Bytes aus dem Framebuffer in die Register der Anzeigeblöcke. Vergleichen Sie dazu die Abbildung 2.

    def show(self):
       for line in range (8):
           self.cs(0)
           for unit in range(self.anzahl):
               self.buf[0]=DigitStart+line
               self.buf[1]=self.buffer[(line * self.anzahl)\
                                       + unit]
               self.spi.write(self.buf)
           self.cs(1)

Nachdem Sie jetzt wissen, wie die Anzeige mit Inhalten zu füllen ist, schauen wir uns die restlichen Methoden von MATRIX an.

blink() führt das aus, was der Name verspricht und lässt die Anzeige blinken. Sie geht zuerst für off Millisekunden aus und dann für on Millisekunden an. Letzteres fällt natürlich nicht auf, wenn danach die Anzeige an bleibt. Mit cnt geben wir an, wie oft der Vorgang wiederholt wird. Erst ab cnt=2 fällt das Blinken auf.

    def blink(self,on,off,cnt=1):
       for i in range(cnt):
           self.shutdown()
           sleep_ms(off)
           self.shutdown(False)
           sleep_ms(on)

   def clear(self,show=True):
       self.fill(0)
       if show:
           self.show()

clear() nutzt die Methode fill(), um das Display mit Hintergrundfarbe zu füllen. Sichtbar wird die Löschung sofort, wenn show=True übergeben wird. Mit False warten wir, bis zum nächsten show(), explizit im Programmtext oder implizit in einer Methode.

shape() verlangt die Nummer eines Anzeigeelements und ein Tuple oder eine Liste mit den 8 Bitmustern einer 8x8-Grafik, um diese mit Hilfe der Methode writeLine() in den Framebuffer zu schreiben. show=True bringt das Muster sofort zur Anzeige.

    def shape(self,unit,buf,show=False):
       for line in range(8):
           self._writeLine(unit,line,buf[line])
       if show:
           self.show()

Das folgende Beispiel stellt ein Herzchen in Anzeigeelement 0 dar. True führt dazu, dass das Muster auch sofort angezeigt wird.

>>> heart=( 0b00000000,
       0b01101100,
       0b11111110,
       0b11111110,
       0b01111100,
       0b00111000,
       0b00010000,
       0b00000000,
    )

>>> shape(0,heart, True)

clearUnit() nutzt die Methode shape, um ein Null-Muster, das durch self.blank=(0,0,0,0,0,0,0,0) im Konstruktor definiert ist, über den Inhalt im Framebuffer zu schreiben.

    def clearUnit(self,unit,show=False):
       self.shape(unit,self.blank)
       if show:
           self.show()

   def clearFT(self,von,bis=None,show=False):
       bis_=self.anzahl
       if bis is not None:
           bis_=self.anzahl if bis>=self.anzahl else bis
       for unit in range(von, bis_):
           self.shape(unit,self.blank)
       if show:
           self.show()

Auch clearFT() nutzt die Methode shape(). Sie löscht die Matrixelemente von von bis bis, falls dafür ein Wert angegeben wurde. Fehlt die Zuweisung an bis, wird bis zum Anzeigeende gelöscht.

pixelShift() verschiebt den Anzeigeinhalt pixelweise um die Entfernung distance. Die Richtung wird durch den Parameter direction festgelegt. mit delay=50 ms erfolgt der Positionswechsel fließend.

    def pixelShift(self,distance, direction="left",delay=50):
       richtung=direction.upper()
       dir_={
           "LEFT":(-1,0),
           "RIGHT":(1,0),
           "UP":(0,-1),
           "DOWN":(0,-1),
          }
       x,y=dir_[richtung]
       for i in range(distance):
            self.scroll(x,y)
            sleep_ms(delay)
            self.show()

Das Dictionary dir übersetzt die Klartextbegriffe in die entsprechenden Vektoren, welche die Methode scroll() aus der Klasse FrameBuffer verlangt. Weitere Richtungsangaben können natürlich ergänzt werden. Damit die Verschiebung effektvoll ist, sollte der Wert für delay nicht zu klein gewählt werden. Zu große Werte führen zu stop and go und sind nützlich, wenn man genau verfolgen möchte, was passiert, zum Beispiel bei der vorletzten Methode roll().

    def roll(self,text, cnt=1, multiply=False, delay=50):
       l=len(text)
       text_= text if text[l-1]==" " else text+" "
       #print(text_)
       t=text_
       if multiply:
           while len(t) <= (self.anzahl//4)*3:
               t+=text_
       t = t + " "*(self.anzahl)
       for w in range(cnt):
           for s in range(len(t)):
               self.clearUnit(self.anzahl-1)
               self.text(t[s],(self.anzahl-1) * 8,0,1)
               self.pixelShift(8,"left",delay)

Die Methode rollt Texte über das Display. Sie werden in text übergeben. Mit cnt geben wir an, wie oft der Prozess wiederholt werden soll. Texte, die kürzer als drei Viertel der Anzeigenlänge sind, können durch multiply=True vervielfacht werden. Den Parameter delay kennen wir bereits von PixelShift(), wo er hier auch zur Anwendung kommt.

Damit der Text sauber rollt und keinen Kometenschweif hinter sich herzieht, muss zumindest die letzte Pixelspalte rechts aus sein. Einige Zeichen sind aber 8 Pixel breit. Genau die würde Probleme bereiten. Deshalb untersuchen wir, ob der Text mit einem Leerzeichen endet. Tut er das nicht, fügen wir eines ein. Das erledigen wir wieder mit einer Conditional Expression. Im nächsten Schritt wird der Text, falls nötig, so lange mit sich selbst addiert, bis er mindestens drei Viertel solang ist, wie die Anzeige Elemente hat.

Jetzt lassen wir die Geschichte so viele Runden rollen, wie cnt vorgibt. Die Rechtsaußen-Position wird gelöscht, dann fügen wir genau dort das s-te Zeichen aus dem Text ein und schieben das gesamte Display um 8 Positionen nach links.

Ein Gadget habe ich noch, die Methode center(), die genau das tut, was der Name verspricht - falls das möglich ist. Texte, die kürzer als die Anzeigenbreite sind, werden zentriert. Längere Texte werden gerollt und zwar einmal aus der Anzeige hinaus.

    def center(self,text):
       pixBreite=self.anzahl*8
       mitte=pixBreite//2
       l=len(text)
       if l > self.anzahl:
           self.roll(text, velocity=100)
       else:
           startPos=mitte-(l*8)//2
           self.text(text,startPos,0,1)
           self.show()

Das Testprogramm

Natürlich brennen Sie schon darauf, die neue Klasse auszuprobieren. Das geht in Handarbeit über das Terminal von Thonny, aber viel schöner kann das das Programm matrixtest.py. Laden Sie es doch gleich einmal herunter, öffnen Sie es in einem Editorfenster und starten Sie es dort mit F5. Dann lehnen Sie sich zurück, klopfen sich auf die Schulter und genießen die Demo.

Ausblick

Sollte es jetzt an Projekten für die Anwendung der Klasse MATRIX fehlen, dann kann ich Ihnen mit dem nächsten Blogpost aus dieser Reihe ein Thermo- Hygrometer mit dem SHT21 ankündigen. Dieses Modul wird über den I2C-Bus angesteuert. Zusammen mit der Mammut-Matrix ergibt das ein Überwachungsgerät, das auch aus größerer Entfernung gut ablesbar ist. Vielleicht haben Sie ja ein Treibhaus, dessen Klima Sie vom Fenster aus überwachen möchten? Dann ist das genau das Richtige für diesen Zweck.

Bis dann!

DisplaysEsp-32Esp-8266Projekte für fortgeschrittene

Einen Kommentar hinterlassen

Alle Kommentare werden vor der Veröffentlichung moderiert