Arduino Modulino Pixels 模块是什么？
Arduino Modulino Pixels 模块是一个对创客友好的模块，具有 8 个可单独寻址的彩色 LED 和一个 Qwiic 接口。Pixels 模块（Arduino 型号 ABX00109）最初是作为更大的 Arduino Plug and Make 套件的一部分提供的。它是一个相对复杂的模块，因为它集成了一个 32 位STMicroelectronics ARM 微控制器，用于处理 Arduino UNO R4 与单个红绿蓝（RGB）LED 之间的通信。在图 1 的左下角可以看到 ARM Cortex M0 微控制器。
本文探讨了软件接口和底层硬件，但仅限于使用默认的 Modulino 寻址方案进行基本操作。它不包括高级操作，例如更改 Pixels 模块的地址或在同一 I2C 网络上操作多个 Pixels 板。如果你对执行这些复杂操作感兴趣，请在下面留言。如果 Arduino 提供单独的 Modulino 板，这些高级技术在未来将变得越来越重要。
图 1：Arduino Modulino Pixels 模块的图像。32 位 STM ARM 微控制器在左下角可见。
Arduino Modulino Pixels 的软件描述
Arduino 为 Modulino 模块提供了一个简化的库。可以按照 Arduino 说明中所述使用 Arduino IDE 的库管理器安装此代码。
Modulino 类结构
Arduino Modulino 板的软件接口使用类结构处理。第一步是使用构造函数：
ModulinoPixels leds;
这将创建一个 leds 对象，然后可以使用各种方法对其进行操作，包括：
- leds.clear (); 这是一个重载方法，用于清除单个或所有 LED。当不带参数调用时，所有 LED 都被清除。当用索引 N 调用时，第 N 个 LED 被清除。
- leds.set (); 这是一个重载方法，用于设置 LED 的强度和颜色。
- leds.show (); 此方法将由 clear () 和 set () 方法建立的内部数据传输到物理 LED。
Modulino Pixels 的操作类似于双缓冲。我们使用 clear () 和 set () 方法更改 Pixels 内存中的寄存器。这些更改在后台发生，对显示没有影响。只有当调用 show () 方法时，数据才会传输到物理 LED。
技术小贴士：双缓冲是串行通信的重要组成部分。它允许一次传输一块数据。当所有块组装完成后，它们可以同时显示。例如，加载 LED 索引编号、颜色和强度数据需要时间。但是，由 show () 方法触发的单个事件确保所有 LED 同时更新。
简化示例代码
为了更好地理解 Arduino Modulino Pixels 代码，考虑以下简化代码清单。它展示了如何配置 Arduino Modulino Pixels 模块。它演示了如何设置颜色。最后，它展示了如何闪烁单个 LED。与此代码相关的物理设置和视觉显示如图 2 所示。
#include <Modulino.h>
ModulinoPixels leds; // Constructor
ModulinoColor OFF(0, 0, 0);
int brightness = 10; // Set brightness to 10 % as LEDs are very bright
void setup() {
Modulino.begin();
leds.begin();
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}
void loop() {
// Example colors including the built in RED, GREEN, BLUE, VIOLET, and WHITE as well as
// custom colors established using the 8-bit Red, Green, and Blue values
leds.clear( );
leds.set(0, RED, brightness);
leds.set(1, GREEN, brightness);
leds.set(2, BLUE, brightness);
leds.set(3, VIOLET, brightness);
leds.set(4, WHITE, brightness);
leds.set(5, 0, 128, 128, brightness); // teal
leds.set(6, 255, 192, 203, brightness); // pink
leds.set(7, 100, 100, 0, brightness); // yellow
leds.show( ); // Transfers data from memory to the physical LEDs.
// Blink the RED LED located at position zero
while (1) {
leds.clear(0);
leds.show( );
delay(500);
leds.set(0, RED, brightness);
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // Trigger used to visualize communications protocol
leds.show( );
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
delay(500);
}
}
图 2：使用入门 Pixels 代码清单的物理设置和结果。
技术小贴士：Arduino Modulino Pixels 的几个方法是重载的。重载函数很容易识别，因为多个方法定义具有相同的名称。在这个例子中，不带参数调用 clear () 将清除所有 LED。当重载为 clear (N) 时，将清除第 N 个 LED。同样，set () 方法将接受内置颜色或单独的 8 位 RGB 值。
通信协议
Modulino Pixels 板的主要接口是 Qwiic 连接。Arduino Pixels 板有两个 Qwiic 连接器，允许将多个板菊花链连接在一起。
作为一项学术练习，探索用于在 Qwiic 总线上进行通信的通信协议很有趣。最初，正如本文前面部分所暗示的，我假设每个方法都会发送一阵信息。例如，我假设 set () 和 clear () 方法在被调用时会立即将数据发送到 Pixels 模块。
事实并非如此，实际上，只有 show () 方法似乎会将数据从 Arduino 发送到 Pixels，如图 3 所示，相关设置如图 4 所示。因此，本文前面提到的双缓冲发生在 Arduino 本身内部。无论哪种方式，只有在调用 show () 方法时数据才会显示。请注意，在图 3 中传输了 32 字节的数据。据推测，这个帧包含每个 RGB LED 的 8 位强度数据。
请注意，帧以 100 kHz 的时钟发送。因此，发送整个帧大约需要 3 毫秒。
图 3：由 show () 方法启动的发送到 Arduino Pixels 模块的 I2C 帧的一部分。帧以默认的 Pixels 0x6C 地址开始。
技术小贴士：术语 “Qwiic” 是 “快速” 和 “内部集成电路”（I2C）这两个词的有趣组合。该系统确实快速且容易，因为有许多 Qwiic 板 可用。点击此处 了解有关 Qwicc 协议的更多信息。
图 4：用于观察 Arduino UNO R4 与 Pixels 模块之间通信协议的设置。背景中可见 Digilent Analog Discovery Pro。
技术小贴士：在设计通信协议时，经常需要进行妥协。例如，如果对单个 LED 进行了单个更改，Pixels 库将发送整个 33 字节的数据包。虽然这需要高带宽，但我怀疑这种一刀切的内存方案作为 Arduino 库和 Pixels 固件更容易编程和实现。
总结
Arduino Modulino Pixels 允许用户快速连接并试验三色 RGB LED。通过 Qwiic 的硬件连接非常简单。面向对象的软件对于新手程序员来说可能具有挑战性，因为它涉及构造函数和可通过点表示法访问的方法。我怀疑大多数程序员会很快识别出这些模式。然而，他们需要相当长的时间才能理解结构，并且需要更多的时间来构建自己的基于类的程序。
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