コンニチハ AsoBot ダヨ！！
毎日持ち歩くキーホルダー、ただぶら下がっているだけではもったいないヨネ
もしLEDが載っていて、かわいく光ったら、みんなの注目を集めるアクセサリーになるはずダ
そうだ！！光るキーホルダーを作ろう！！
今回は8×8のLEDマトリクスキーホルダーを自作していくヨ
回路図からKiCadでの基板設計まで、順を追って紹介するので、気楽に見ていってネ
今回は、回路の説明と部品選定までデス
LEDとは
まずは工作の前に、LEDの基本をおさらい
LEDは「Light Emitting Diode（発光ダイオード）」で、電気を流すと光る部品ダ
スマホの通知ランプ、信号機、部屋の照明など、身のまわりのいたるところで使われているんダヨ
ダイオードは「一方通行」の部品
「ダイオード」は、電気を一方向にしか流さない部品
LEDはその仲間で、光るダイオードなんダ
だから、LEDには向きがあります
- アノード（+）： 電気が入る側
- カソード（−）： 電気が出ていく側
向きを逆につなぐと、電気が流れないので光らない
回路図でLEDの記号が矢印のような形をしているのは、この「電気の通り道の向き」を表しているからダヨ
光の色は、中に使われている半導体の材料で決まるヨ
LEDには抵抗が必要
LEDは、電流を流しすぎると壊れてしまうヨ
そのため、LEDには「電流制限抵抗」をセットでつなぐのが大切ダ
抵抗の大きさは、次の式で考えるよ
抵抗値 ＝（電源電圧 － LEDの順方向電圧）÷ 流したい電流
たとえば、5Vの電源で、順方向電圧が2Vくらいの赤色LEDに10mAを流したいなら
(5 − 2) ÷ 0.01 ＝ 300Ω
今回使うのは1608サイズ
LEDにはいろいろな大きさがあるヨ
今回は、基板に直接ハンダづけする表面実装タイプの中でも、1.6×0.8mmの「1608サイズ」を使うヨ
米粒よりずっと小さいけれど、キーホルダーにはちょうどいい大きさなんダ。
チャーリープレキシング回路とは
さて、ここからが今回の回路の主役
64個のLEDを光らせたい！
8×8のLEDは、全部で64個。1個ずつ別々に光らせようとすると、マイコンのピンも64本必要になってしまうんダ
今回使いたいマイコン「ATtiny1604」は14ピンしかない
電源とGNDと書き込み用のピンを引くと、使えるピンは11本。これでは全然足りないネ
一般的なマトリクス回路は16本
そこで普通は、LEDを縦横に並べた「マトリクス回路」を使いマス
8行＋8列で、ピンは16本
64本よりはずっと減りますが、それでもまだ足りません。
チャーリープレキシングなら9本でOK！
そこで登場するのが、チャーリープレキシングという方法ダヨ
ピン数を n 本とすると、LEDの数は n × (n − 1) 個 もつなげられるんダ
- 8本 → 8 × 7 ＝ 56個（足りない…）
- 9本 → 9 × 8 ＝ 72個（64個がつながる！）
つまり、ピン9本で64個のLEDを光らせられるんダ。下の回路図で「IO_PIN_0〜8」の9本がマイコンにつながっているのは、そのためダ
どうして少ないピンで光らせられるの？
ポイントは2つ
① LEDを「逆向き」に並べる
2本のピンの間に、LEDを逆向きに2個つなぐと
- ピンAを「HIGH」、ピンBを「LOW」にすると → 片方のLEDが光る
- ピンAを「LOW」、ピンBを「HIGH」にすると → もう片方のLEDが光る
同じ2本のピンで、2個のLEDを使い分けられるんダ
LEDが「一方通行」の部品だからできる技ダヨ
② 使わないピンは「入力」にして休ませる
マイコンのピンには、HIGH（電気を出す）とLOW（電気を吸い込む）のほかに、もう1つ「入力」という状態があるんダ
入力にしたピンは、電気を出しも吸いもしない「おやすみ状態」
光らせたいLEDにつながる2本だけをHIGHとLOWにして、残りのピンはすべておやすみ
そうすると、狙ったLEDだけがピカッと光るんダ
全部が光って見えるのはなぜ？
実は、同時に光ることが出来るのは1個ダケ
でも、光らせるLEDをものすごい速さで切り替えると、人間の目には「残像」が残るから全部のLEDが同時に光っているように見えるんだ
パラパラ漫画と同じ原理ダヨ
メリットとデメリット
◎ いいところ
- ピンが少なくてすむ： 小さなマイコンでも、たくさんのLEDを光らせられル
- 部品が少ない： 今回の回路図でも、抵抗は9本ダケ
✕ 苦手なところ
- 少し暗くなる： 64個を順番に光らせるので、1個あたりが光る時間が短くナル
- 配線がややこしい： LEDの向きを間違えるとうまく光らないので、基板設計は慎重に進める必要があるヨ
- プログラムが少し難しい： ピンのHIGH・LOW・入力を、1個ずつ切り替える必要があるんダ
💡 AsoBotからのワンポイントアドバイス！
チャーリープレキシングでは、抵抗を「ピンごとに1本ずつ」つなぐだけでOKなんダ
光っているのは常に1個だけなので、抵抗を共有しても電流が混ざらない
LEDごとに抵抗をつけなくていいから、基板を小さくしたいキーホルダーにぴったりダヨ
部品の選定
回路のしくみがわかったところで、部品を選んでいこう
チャーリープレキシング回路は、たくさんのLEDを使いマス
8×8なら、なんと64個！
だからこそ、安いLEDがたくさん必要になってきます
キーホルダーにするので、基板もできるだけ小さくしたいヨネ
そこで、全体のバランスがよい1608サイズ（1.6×0.8mm）のLEDを選んだヨ
購入先はマルツパーツ
電子工作の部品は秋月電子かマルツパーツが定番
品ぞろえが多いので、作りたいものが一度の通販でそろい、送料が抑えられマス
電子部品は単価が安いので、少量だと送料のほうが高くついてしまうんですよネ。
今回は使いたかったマイコン「ATtiny1604」がマルツでしか扱われていなかったので、結局すべてマルツでそろえたヨ
部品一覧
| 部品名 | 型番 | 説明 |
|---|---|---|
| マイコン | ATtiny1604-SSNR | 14ピン / SOIC-14 メモリ16 KB |
| LED | SML-D12P8WT86 （1608サイズ） | 64個使用 |
| チップ抵抗 | RK73B1JTTD101J （1608サイズ） | 100Ω、9個使用 |
抵抗はバラのチップ抵抗に
抵抗には、アレイ抵抗という選択肢もあるんだけど、実はランドパターンが左右対称じゃなくて、向きを間違えそうだったので、扱いやすいバラのチップ抵抗にしたヨ
最後に
ドウだったかな？
今回は回路の説明と部品選定まで
部品がそろえば、次はいよいよ基板づくりダヨ
次回はKiCadで回路図と基板を作っていくヨ
今日はここまで、次回に続く。。。
