Einige Elektronikprojekte sind nützlich. Andere machen Spaß, weil man zusehen kann, wie sie zum Leben erwachen, sobald man sie einschaltet. LED-Matrixanzeigen sind beides.
Eine Matrix ist ein Gitter aus LEDs. Anstatt eine LED nach der anderen zu schalten, steuert man jeden Punkt im Gitter, sodass dieselbe Hardware Lauftexte, Symbole, Uhren, Anzeigetafeln, Timer, Wettersymbole, Benachrichtigungen und einfache Spiele anzeigen kann. Nichts anderes in dieser Preisklasse bietet einem Anfängerprojekt so viel sichtbare Ausgabe.
Dieser Leitfaden erklärt, was eine LED-Matrixanzeige ist, wie sie funktioniert, wie man sie programmiert und zwölf Projekte, die man mit einem Arduino-kompatiblen Board, einem ESP32 oder einem Raspberry Pi bauen kann.
12 LED-Matrix-Anzeigeprojekte, die Sie bauen können
1. Laufende Textnachrichtenanzeige
Das klassische erste Projekt. Kurze Nachrichten, Erinnerungen, Namen, Notizen für den Unterricht oder Warnungen, die spaltenweise über das Gitter laufen. Es lehrt Sie die beiden Dinge, von denen jedes andere Projekt auf dieser Liste abhängt: wie man ein Zeichen in einen Puffer schreibt und wie man diesen Puffer zeitgesteuert verschiebt.
Gut geeignet für:
- Arduino-Anfänger
- Klassenzimmer
- Makerspaces
- Schreibtischschilder
Jede Arduino-kompatible Platine kann es steuern. Wenn Sie die Platine selbst bauen möchten, können Sie mit dem Do-it-yourself-Kit eine ATmega328-Platine aus blanken Komponenten löten und sie dann über USB programmieren.
2. Digitale Uhr
Das praktischste Matrixprojekt überhaupt. Zeigen Sie Stunden und Minuten an, fügen Sie Sekunden hinzu oder animieren Sie die Ziffern beim Umschalten.
Das Ablesen der Zeit von millis() weicht um Minuten pro Tag ab und wird bei jedem Stromausfall auf Null zurückgesetzt. Ein RTC-Modul behebt beides. Der PCF85063A hält die Zeit auf einer Pufferzelle, so dass die Uhr nach einer Woche ohne Strom noch korrekt ist, und er kommuniziert über I2C mit zwei Leitungen.
3. Wetter-Symbol-Anzeige
Ein 8x8-Gitter passt nicht zu einer Vorhersage, aber es passt ein Symbol. Sonne, Wolken, Regen, Schnee, Sturm. Holen Sie die aktuellen Bedingungen über Wi-Fi von einer Wetter-API und zeichnen Sie das passende Symbol.
Wenn Sie das vollständige Bild mit Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Wind und mehreren Tagen auf einmal wünschen, ist das eine Aufgabe für ein größeres Display mit höherer Auflösung und geringerem Stromverbrauch.
4. Reaktionsspiel
Einen zufälligen Pixel aufleuchten lassen, einen Timer starten, auf den Knopf warten und dann die Zeit in Millisekunden anzeigen. Fügt man einen zweiten Knopf hinzu, hat man zwei Spieler.
Es ist ein gutes MINT-Klassenprojekt, weil der Code kurz ist und das Ergebnis wettbewerbsorientiert ist. Das vorgefertigte Reaktions-Kit macht dasselbe mit diskreten LEDs, wenn Sie lieber löten als zuerst programmieren möchten.
5. Mini-Anzeigetafel
Ergebnisse für Brettspiele, Klassen-Quiz, Sporttraining oder Maker-Wettbewerbe. Die Basisversion benötigt zwei Tasten, eine pro Team. Von dort aus können Sie einen Reset, einen Spieltimer und eine Gewinnanimation hinzufügen.
6. Pixel-Art-Rahmen
Jede LED wird zu einem Pixel eines winzigen Kunstwerks: animierte Icons, Spielfiguren, Logos, Flaggen oder ein Stimmungslicht. RGB-Matrizen sind hier die spaßigen, und Sie können Ihr eigenes Gitter aus adressierbaren LEDs bauen, wenn Sie eine bestimmte Größe oder Form wünschen.
Eine Matrix leuchtet, was sich für Animationen eignet, aber nicht für ein ruhiges Bild an der Wand. Für statische Kunstwerke, Zitate oder alles, was wie Papier aussehen soll, hält E-Paper das Bild völlig ohne Strom.
7. Musik-Visualizer
Speisen Sie die Matrix von einem Mikrofon oder einem Line-Eingang und lassen Sie die Spalten auf den Ton reagieren. Ein Balken-Visualizer benötigt eine FFT, aber eine Beat-Anzeige oder ein einfacher Pegelmesser benötigt nichts weiter als einen analogen Wert und einen gleitenden Durchschnitt.
Kombinieren Sie es mit einer selbstgebauten Klangquelle, und die gesamte Signalkette gehört Ihnen.
8. Klassenzimmer-Timer
Countdowns für Aktivitäten, Quiz, Gruppenarbeiten oder Pausen. Matrizen eignen sich hier gut, da sie hell genug sind, um vom hinteren Teil des Raumes gelesen zu werden, und eine blinkende Animation der letzten zehn Sekunden benötigt eine Zeile Code.
Für eine Informationstafel, die den ganzen Tag über angezeigt wird, anstatt herunterzuzählen, ist ein großes E-Paper-Panel augenschonender und stromsparender.
9. Pomodoro-Anzeige
Fünfundzwanzig Minuten Arbeit, fünf Minuten Pause, als Balken angezeigt, der sich über das Gitter leert. Fügen Sie Start-, Pause- und Reset-Tasten hinzu, und es wird zu einem Schreibtischgerät, das Sie tatsächlich benutzen werden.
10. Statusanzeige für Smart Home
Kurze Statusmeldungen auf einen Blick: Tür offen, Alarm an, Garage geschlossen, Wäsche fertig. Hierfür ist ein Netzwerk erforderlich, verwenden Sie also ein ESP32-basiertes Board, das MQTT abonnieren oder direkt mit Home Assistant kommunizieren kann.
Die NULA Mini verfügt über Wi-Fi 6, Bluetooth 5 und Thread auf einem Board, das etwa die Größe einer Briefmarke hat, sodass es hinter der Matrix statt daneben Platz findet.
Ein Schild zeigt jeweils nur eine Sache an. Wenn Sie das ganze Haus auf einem Bildschirm haben möchten, Sensoren, Zustände und einen Grundriss, verwenden Sie E-Paper.
11. Aktien-, Krypto- oder Daten-Ticker
Lauftext ist das, was eine Matrix am besten kann, daher passt ein Ticker hervorragend. Preise, Wetterwarnungen, Serverstatus, Sportergebnisse, Build-Ergebnisse, jeder kurze Feed.
Sobald Sie JSON von mehreren APIs parsen und den Code ändern möchten, ohne neu flashen zu müssen, ist ein Raspberry Pi die einfachere Maschine zum Arbeiten.
12. Raspberry Pi Dashboard-Display
Ein Pi kann ein komplettes HUB75-Panel ansteuern, wodurch Sie 32x64 Pixel oder mehr statt 8x8 erhalten. Das reicht für Systemstatus, Benachrichtigungen, Betriebszeit, IP-Adresse oder Live-Projektdaten.
Nützlich für:
- Heimserver
- Makerspaces
- Werkstätten
- Programmierclubs
- lokale Dashboards
Budgetieren Sie die Stromversorgung separat. Eine 32x64-Platte bei voller Weißhelligkeit kann etwa 4 A bei 5 V ziehen, was mehr ist, als die eigene Stromversorgung des Pi liefern kann.
Wie funktioniert eine LED-Matrixanzeige?
LEDs in einer Matrix sind in Reihen und Spalten verdrahtet. Ein 8x8-Gitter hat 64 LEDs, aber nur 16 Anschlüsse, da jede LED in einer Reihe einen Draht und jede LED in einer Spalte einen anderen teilt. Das ist der ganze Trick, und es ist auch der Grund, warum man sie nicht einfach alle unabhängig voneinander schalten kann.
Stattdessen leuchtet der Controller jeweils eine Reihe und durchläuft alle Reihen schnell genug, so dass das Auge die Lücke nicht sieht. Dies wird Multiplexing genannt. Bei einigen hundert Aktualisierungen pro Sekunde sieht das Gitter wie ein festes Bild aus.
- Der Mikrocontroller sendet Anzeigedaten an den Treiber.
- Der Treiber wählt eine Reihe aus und stellt den Zustand jeder Spalte in dieser Reihe ein.
- Diese Reihe leuchtet für einen Bruchteil einer Millisekunde, dann übernimmt die nächste Reihe.
- Schnell genug wiederholt, liest sich das Gitter als stabiler Text, Symbole oder Animation.
Treiberchips erledigen diese Arbeit für Sie. Ein MAX7219 verwaltet einen 8x8-Block über SPI und lässt sich mit anderen MAX7219s verketten, so dass vier davon ein 32x8-Laufband auf drei Drähten ermöglichen. Adressierbare RGB-Matrizen sind anders: Jede LED hat ihren eigenen Controller, so dass Sie einen langen Datenstrom senden und überhaupt kein Multiplexing stattfindet.
Zwei Dinge bereiten Probleme. Große Panels benötigen eine eigene Stromversorgung, nicht den 5-V-Pin Ihres Boards. Und RGB-Panels benötigen einen ausreichend schnellen Mikrocontroller, um die Aktualisierung aufrechtzuerhalten, weshalb HUB75-Panels normalerweise von einem ESP32 oder einem Pi und nicht von einem ATmega328 angesteuert werden.
LED-Matrixanzeige vs. Punktmatrixanzeige
Diese Begriffe überschneiden sich, und Produktlisten verwenden sie locker.
| Begriff | Bedeutung |
|---|---|
| LED-Matrixanzeige | Ein Gitter aus LEDs zur Anzeige von Text, Symbolen, Mustern oder Animationen |
| Punktmatrixanzeige | Ein allgemeinerer Begriff für jedes Display, das aus einem Gitter von Punkten aufgebaut ist |
| LED-Punktmatrixanzeige | Eine Punktmatrixanzeige, bei der jeder Punkt eine LED ist |
| LED-Matrixpanel | Ein größeres Modul, normalerweise HUB75, das für Schilder und größere Displays verwendet wird |
| Flexibles LED-Matrixpanel | Ein biegbares Panel, das auf einer gekrümmten Oberfläche montiert werden kann |
In der Praxis ist eine LED-Matrixanzeige eine Art Punktmatrixanzeige. Wenn eine Auflistung Punktmatrix sagt und ein Gitter aus roten LEDs zeigt, ist es dasselbe Teil.
LED-Matrix vs. LCD vs. OLED vs. E-Paper
| Display-Typ | Am besten geeignet für | Nicht ideal für |
|---|---|---|
| LED-Matrix | Helle Schilder, Animationen, Uhren, Timer, Anzeigetafeln, einfache Spiele | Detaillierter Text, stromsparende statische Dashboards |
| LCD | Menüs, einfache Schnittstellen, Live-Werte | Papierähnliche Dashboards, sehr stromsparende Wanddisplays |
| OLED | Scharfe kompakte Bildschirme, Symbole, hoher Kontrast | Große ständig eingeschaltete Dashboards |
| E-Paper | Kalender, Dashboards, Schilder, Wetteranzeigen, stromsparende Informationsbildschirme | Video, schnelle Animation, konstante Bewegung |
Die Trennung liegt zwischen Bewegung und Stillstand. Wenn Ihr Projekt hellen Lauftext oder Animationen benötigt, verwenden Sie eine Matrix. Wenn es ruhige Informationen benötigt, die sich ein paar Mal am Tag aktualisieren und auch bei ausgeschaltetem Strom lesbar bleiben, verwenden Sie E-Paper.
Inkplate deckt diesen zweiten Fall als fertige Plattform ab, anstatt nur ein blankes Panel zu sein. Jedes ist ein E-Paper-Display mit einem ESP32, Batteriemanagement, einem Qwiic-Anschluss und einer Bibliothek mit funktionierenden Beispielen, in Größen von 2,13 Zoll bis 13 Zoll.
Wenn E-Paper neu für Sie ist, beginnen Sie mit was ein E-Paper-Display tatsächlich ist, und unsere Übersicht über E-Paper-Display-Projekte geht auf fünfzehn Builds ein.
Wie man eine LED-Matrixanzeige programmiert
Fangen Sie klein an. Ein Pixel, dann eine Linie, dann eine Zahl, dann Lauftext. Das Überspringen zur Animation führt dazu, dass Leute am Ende ein leeres Gitter haben und keine Ahnung haben, welche Ebene falsch ist.
- Wählen Sie das Board. Arduino-kompatibel für einfache monochrome Gitter, ESP32 für alles Vernetzte, Raspberry Pi für große Panels.
-
Installieren Sie die Bibliothek, die zu Ihrem Treiber passt.
MD_MAX72XXundMD_Parolafür MAX7219-Blöcke,FastLEDoderAdafruit_NeoMatrixfür WS2812-Gitter,ESP32-HUB75-MatrixPanel-I2S-DMAfür HUB75-Panels. - Deklarieren Sie die Größe und die Verdrahtung. Anzahl der Module, Zeilen und Spalten und die Pins. Wenn dies falsch ist, erscheint der Text spiegelverkehrt oder über Blöcke aufgeteilt.
-
Beleuchten Sie ein Pixel.
setPoint(0, 0, true)oder das Äquivalent. Wenn es in der falschen Ecke landet, sind Ihre Zeilen- und Spaltenreihenfolge vertauscht. - Zeichnen Sie ein Zeichen, dann eine Zeichenfolge. Dies bestätigt, dass die Schriftart und der Puffer korrekt sind.
-
Scrollen Sie es. Verschieben Sie den Puffer zeitgesteuert, anstatt
delay()zu verwenden, damit das Board weiterhin Tasten und Sensoren lesen kann, während der Text verschoben wird. - Dann animieren. Frames sind einfach Arrays von Pixelzuständen, die nacheinander gezeichnet werden.
Die Helligkeit sollte frühzeitig eingestellt werden. Die meisten Bibliotheken sind standardmäßig hoch, und eine Matrix bei voller Helligkeit ist im Innenbereich unangenehm anzusehen und zieht viel mehr Strom als erwartet.
Arduino, ESP32 oder Raspberry Pi: Welches sollten Sie verwenden?
| Platine | Am besten geeignet für |
|---|---|
| Arduino-kompatible Platine | Einfache Matrixprojekte, Uhren, Timer, Spiele, Programmieren lernen |
| ESP32 | WLAN-Schilder, Smart-Home-Displays, API-Ticker, HUB75-Panels |
| Raspberry Pi | Große Panels, Dashboards, Skripte, Webdaten, alles mit echter Verarbeitung |
Für die meisten Projekte auf dieser Liste reicht ein ATmega328-Board aus. Fügen Sie WLAN nur hinzu, wenn das Projekt tatsächlich Daten von woanders benötigt, und wechseln Sie nur zu einem Pi, wenn Sie ein vollständiges Betriebssystem benötigen.
Arduino vs. Raspberry Pi vs. ESP32 erläutert die Kompromisse detaillierter, falls Sie sich noch nicht entschieden haben.
Warum Soldered ein guter Ausgangspunkt für Display-Projekte ist
Ein Matrixprojekt benötigt drei Dinge: etwas, um es anzutreiben, etwas, um die Zeit zu halten oder Daten abzurufen, und schließlich ein zweites Display für Informationen, die sichtbar bleiben sollen.
Soldered deckt alle drei Bereiche ab. Löt-Kits bringen Sie von einer Tüte voller Teile zu einem funktionierenden Gerät, und unser Leitfaden zu den besten Löt-Kits für Anfänger erklärt, worauf Sie achten sollten. NULA-Boards ergänzen Wi-Fi, Thread und energiesparenden Betrieb, wenn ein Projekt über einen grundlegenden Mikrocontroller hinauswächst. Raspberry Pi übernimmt die Panels und Dashboards. Inkplate deckt die ständig eingeschalteten Bildschirme ab, und es gibt einen separaten Leitfaden zu E-Paper-Displays für Home Assistant-Dashboards, falls das Ihr Setup ist.
Häufig gestellte Fragen
Was ist ein LED-Matrix-Display?
Ein LED-Matrix-Display ist ein Gitter aus LEDs, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. Jede LED fungiert als ein Pixel, so dass das Gitter Text, Zahlen, Symbole, Muster und einfache Animationen anzeigen kann.
Wie funktioniert eine LED-Matrix-Anzeige?
Der Controller beleuchtet jeweils eine Reihe und durchläuft alle Reihen Hunderte Male pro Sekunde. Ihr Auge verschmilzt die Reihen zu einem stabilen Bild. Dies wird Multiplexing genannt, und deshalb benötigen 64 LEDs nur 16 Anschlüsse.
Wie programmiert man ein LED-Matrix-Display?
Installieren Sie die Bibliothek für Ihren Treiberchip, deklarieren Sie die Matrixgröße und Pins und beleuchten Sie dann ein einzelnes Pixel, um die Verdrahtung zu bestätigen. Gehen Sie von dort aus zu Zeichen, Lauftext und Animation über. Arduino, ESP32 und Raspberry Pi verfügen alle über ausgereifte Bibliotheken.
Was kann man mit einem LED-Matrix-Display bauen?
Laufende Schilder, Digitaluhren, Anzeigetafeln, Timer, Reaktionsspiele, Pixel-Art-Rahmen, Musikvisualizer, Smart-Home-Statusanzeigen, Daten-Ticker und Raspberry Pi-Dashboards.
Was ist der Unterschied zwischen LED-Matrix und Punktmatrix-Display?
Ein Punktmatrix-Display ist jedes Display, das aus einem Gitter von Punkten besteht. Ein LED-Matrix-Display ist ein Punktmatrix-Display, bei dem jeder Punkt eine LED ist.
Ist ein LED-Matrix-Display gut für Anfänger geeignet?
Ja. Sie sehen das Ergebnis jeder Codezeile sofort, was das Debugging viel einfacher macht als bei einem Sensorprojekt. Es lehrt auch Ausgaben, Timing, Display-Bibliotheken und Animationslogik in einem Zug.
Sollte ich ein LED-Matrix- oder ein E-Paper-Display verwenden?
Verwenden Sie eine Matrix, wenn das Projekt Helligkeit, Lauftext, Animationen oder Spiele benötigt. Verwenden Sie E-Paper, wenn es wenig Strom, scharfe Lesbarkeit und Informationen benötigt, die zwischen den Aktualisierungen sichtbar bleiben, wie Kalender, Dashboards und Sensoranzeigen.
Kann ich ein LED-Matrix-Display mit Arduino verwenden?
Ja. Monochrome 8x8-Blöcke mit einem MAX7219-Treiber funktionieren gut auf jeder Arduino-kompatiblen Platine über SPI. Uhren, Zähler, Laufbänder und Reaktionsspiele passen alle bequem.
Kann ich ein LED-Matrix-Display mit ESP32 verwenden?
Ja, und es ist die bessere Wahl für alles, was verbunden ist. WLAN-Schilder, Smart-Home-Statusanzeigen, API-Ticker und Benachrichtigungstafeln. Der ESP32 ist auch schnell genug, um HUB75 RGB-Panels anzusteuern, was ein ATmega328 nicht ist.
Kann ich ein LED-Matrix-Display mit Raspberry Pi verwenden?
Ja. Ein Pi eignet sich für größere Panels und alles, was APIs, Skripte, Netzwerkdaten oder ein Dashboard benötigt. Versorgen Sie das Panel mit einer eigenen 5-V-Versorgung, anstatt es über den Pi mit Strom zu versorgen.
Wie viel Strom benötigt ein LED-Matrix-Display?
Ein einzelnes 8x8-Modul ist am 5-V-Pin Ihres Boards in Ordnung. Ein 32x64 HUB75-Panel kann bei allen weißen Pixeln etwa 4 A bei 5 V ziehen, daher benötigt es eine separate Versorgung. Eine Verringerung der Helligkeitseinstellung senkt diesen Wert erheblich.
