ArduinoのライブラリでRGB LEDを操作する

こんにちは、ENGかぴです。

RGB LED用のAdafruit_NeoPixelライブラリを使用するとでRGB LEDで様々な色のパターンで点灯させることができます。Arduino IDEにAdafruit_NeoPixelライブラリを追加してRGB LEDを操作する方法を説明しています。

動作確認にはUNOの拡張ボードであるGrove Base Shield V2(Seeed Studio：秋月電子で購入)及びGrove Mech Keycap(Seeed Studio：秋月電子で購入)を使用しています。

Arduino UNO（以下Arduinoとします。）を対象とします。Arduinoのライブラリを使用して動作確認したことをまとめています。

Arduinoで学べるマイコンのソフト開発と標準ライブラリの使い方

Adafruit NeoPixelライブラリを追加する
1. ライブラリの準備と初期化
2. ライブラリの使用例
動作確認
ソースコード全体
関連リンク

Adafruit NeoPixelライブラリを追加する

Arduino IDEでライブラリの追加を行います。ライブラリマネージャーを開いて検索欄に「pixel」（adafruitなど）などライブラリ名の一部を入力するとライブラリの候補が表示されます。候補の中から「Adafruit NeoPixel by Adafruit」をインストールします。

RGB LEDを操作するためにArduinoの標準関数であるdigitalWrite()とタイマを使ってDOを操作する場合ライブラリの処理の遅延の為RGB LEDの操作に必要なタイミング波形を生成することができません。

Adafruit NeoPixelライブラリはArduinoマイコンの操作をアセンブラ（機械語）に近づけることで処理による遅延を可能な限り減らすことで精度の良いタイミング波形を生成するように工夫されています。

Adafruit NeoPixelライブラリは上記のことを意識しなくてもメンバー関数をコールすることで点灯パターンを指定できるようになっています。マイコンのDOでRGB LEDを操作する場合のタイミング波形の考え方を下記記事にまとめています。

PICマイコン(PIC16F1827)でRGB LEDを操作する

ライブラリの準備と初期化

#include <Adafruit_NeoPixel.h>

#define NUMPIXELS 1 // Popular NeoPixel ring size
//Adafruit_NeoPixelクラスの型の変数を宣言
Adafruit_NeoPixel pixels(NUMPIXELS, PIXEL_PIN, NEO_GRB  + NEO_KHZ800);

void setup() {
  pixels.begin(); //DOなどの設定を行う
  pixels.clear(); //色パターンクリア
  pixels.show(); //色パターンを表示（点灯）
}

ライブラリを使用するためAdafruit_NeoPixel.hをインクルードします。Adafruit_NeoPixelクラスの型の変数を宣言してインスタンス化します。インスタンス化した変数の第1引数にはRGB LEDを操作する数を指定します。第2引数にはRGB LEDを操作するDOピンを指定します。第3引数にはRGB LEDの色のタイプ及びタイミング波形の周波数を選択します。

Grove Mech KeycapはGRBの順に点灯パターンをつくるためNEO_GRBを指定しています。RGBの順に点灯パターンを作る場合はNEO_RGBを指定します。またGrove Mech Keycapに使用しているRGB LEDの周期は最大で800kHzで動作するものであるためNEO_KHZ800を指定して加算しています。

begin()関数はインスタンス化した変数で指定したDOのピンの設定を行います。clear()関数は点灯のパターンをクリアします。show()関数で指定した点灯のパターンでLEDを点灯します。

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ライブラリの使用例

void loop() {
  if( timled == TIME_UP){
    timled = LED_FL;
    if(cntflg){
      cntflg = false;
      pixels.setPixelColor(0,red,green,blue); //色パターンの指定
      pixels.show(); //色パターンで点灯
    }
  }
}

色パターンの指定にはsetPixelColor()関数を使用します。第1引数には点灯させるLEDのインデックス番号を指定します。インデックス番号はRGB LEDを連結して点灯する場合の番号です。第2引数は赤色の点灯パターンを0～255で指定します。第3引数は緑色の点灯パターンを0～255で指定します。第4引数は青色の点灯パターンを0～255で指定します。

setPixelColor()関数で点灯パターンを指定してshow()関数で点灯させます。一度点灯させると点灯パターンを変えない限り点灯し続けるため点灯パターンを切り替える場合のみsetPixelColor()及びshow()を処理するようにします。

動作確認

Grove Mech Keycapのボタンを押すと赤→緑→青→赤→・・・繰り返しの順でパターン変更する色の種別を変更します。SW1を押すと選択している色に対してカウントを+1し、長押しすると連続して更新するようにしています。SW2を押すと選択している色に対してカウントを-1し、長押しすると連続して更新するようにしています。シリアルモニタでカウント値を確認しながら点灯のパターンを確認しました。

シリアルモニタにおいて４つのパターンでRGB LEDの点灯させました。パターン1は赤：255、緑：255、青：0とします。パターン2は赤：255、緑：255、青：255の場合とします。パターン3は赤：0、緑：255、青：255の場合とします。パターン4は赤：255、緑：0、青：255の場合とします。パターンによる点灯の様子は以下の通りです。