今回は秋月電子で販売されているこちらの8x8x2色ドットマトリクスLEDを4個並べて16x16x2色 のLEDを制御できる基板を作成しました。
なおこの記事はPCBGOGOにスポンサーしていただいております。
制御IC TM1640
ドットマトリクスLEDはたくさんのLEDがあり制御が大変です。そこで今回はTM1640という制御ICを使用しました。
TM1640は カソードコモン の7セグLEDを最大16個制御できるICで、秋月電子などで購入できます。7セグドライバですが、配線としてはドットマトリクスLEDでも変わらないので使用することができます。ただし極性に注意してください。
プリント基板の作成
TM1640 1つで8x8x2色ドットマトリクスLEDを1つ制御できるので、このセットを4つまとめた基板を作成しました。TM1640との通信はシリアルインターフェースですが、4つのICとの通信を切り替えるために3to8ラインデコーダ74HC138を用いました。
回路図の一部を紹介します。
中央のTM1640と右のドットマトリクスLEDの組が全部で4つあります。4つのTM1640に対して、シリアルのデータ線はすべて繋がっていて、外部のピンに繋がっています。一方クロック線はラインデコーダの出力に繋がっていて、外部のピンからのクロックがどれか1つのTM1640に送られるようになっています。
ラインデコーダの接続についてもう少し詳しく説明します。74HC138の真理値表は以下のようになっています。
Y4 ~ Y7 は使用しないのでCはGNDに接続しています。G1は外部ピンにつなげていて、これがHの間だけ有効になります。これはモジュールをいくつもつなげた場合に通信するモジュールを選択できるようにするためです。
G2BもGNDに接続しているので、AとBにより選択されるラインの出力は G2Aの値と一致します。
このようにしてラインデコーダでクロック線を分岐させることができました。
PCBGOGOで基板発注
KiCADで作成した基板がこちらです。
ガーバーファイルを出力し、PCBGOGOのサイトにアップロードして発注します。
今回はスポンサーしていただいたので私は利用していませんが、PCBGOGOでは新規ユーザーに対して PCB $1 & 送料無料 のキャンペーンを実施しているので、気になる方は利用してみてはいかがでしょうか。
注文から1週間もかからずに届いた基板がこちらです。今回は白色の基板にしてみました。
印刷の品質などは全然問題なさそうです。
部品実装と動作確認
部品を実装したのがこちらの写真になります。白い基板だとはんだのヤニが目立つので、フラックス洗浄剤などできれいにした方がよさそうです。
ちなみにラインデコーダの配線でミスがあったのでこのように無理やり修正しました。（先の回路図は修正後のものです。）
動作確認としてサンプルデータを作ってPICで制御してみました。光の拡散用にキムワイプを巻いてみました。
ドットマトリクスLED基板の動作確認ができるなどした pic.twitter.com/ZGWRKNkJUS
— きっちー (@rikeden_net) December 11, 2023
一度にたくさんのLEDを点灯させると表示が不安定になったりしてもう少し実験が必要そうなので、データの作成やPICのプログラムなどについてはまた次回にまとめたいと思います。
おわりに
今回はPCBGOGOで基板を作成してドットマトリクスLEDを制御するモジュールを作りました。このモジュールを複数作成して駅の電光掲示板を再現したりしてみたいと思っています。
最後までご覧いただきありがとうございました。次回の記事もお楽しみにしてください。
はじめまして。TM1640の用法について伺いたく、コメントしました。
TM1640のデータシートに軽く目を通したところ、こちらのICはカソードコモンの7セグをGRIDx→SEGxの向きに電流を流して駆動することを目的としていると認識しています。
一方こちらで掲載されておりました回路図を拝見しますと、SEGxをソース、GRIDxをシンクとする設計に見受けたのですが、そのような認識で正しいでしょうか。
もしそのような用法をする場合、GRIDxをLOW、SEGyをHIGHとすれば(x, y)のLEDを点灯させることができるのでしょうか。
お手数ですが、以上ご教示いただけると誠に幸いでございます。
> TM1640のデータシートに軽く目を通したところ、こちらのICはカソードコモンの7セグをGRIDx→SEGxの向きに電流を流して駆動することを目的としていると認識しています。
この認識が間違っていませんか？
まず前提としてLEDにはアノード→カソードの向きに電流が流れます。
カソードコモンとはGRIDがカソードということなので、電流はSEG→GRIDの方向に流れます。
実際データシートでは Functions of the pins の項目にSEGはP tube open drain, GRIDはN tube open drainと記載されているので、SEGがソース、GRIDがシンクになるはずです。
Display cycleの項目の図においても、GRIDが表示タイミングでLowになっていることからGRIDがシンクであると理解できます。（オープンドレインならLowでない部分がHighのように描かれているこの図は不適切な気がしますが）
きっちーさん
コメントへのお返事ありがとうございます。
ご指摘の通り、GRIDとSEGの極性の認識が逆でした。ありがとうございました。
もう一点、こちらの記事で
> 一度にたくさんのLEDを点灯させると表示が不安定になったりして
とおっしゃられておりましたが、その後なにか対策を取られましたでしょうか。
> 一度にたくさんのLEDを点灯させると表示が不安定になったりして
この件ですが、最近別の作品で同じLED、LEDドライバを使用したのですが、たくさんつけても特に問題がなかったのでこの時の電源か回路が悪かったのかなと思います。
ICとしての性能とかは多分問題ないと思います。