探索 Adafruit Trellis：開源背光鍵盤驅(qū)動系統(tǒng)

在電子設(shè)計領(lǐng)域，一款優(yōu)秀的開源背光鍵盤驅(qū)動系統(tǒng)能為項目帶來更多的可能性和便利性。Adafruit Trellis 就是這樣一款值得關(guān)注的產(chǎn)品，今天我們就來深入了解它。

文件下載：1616.pdf

一、Trellis 概述

Trellis 是一個開源的背光鍵盤驅(qū)動系統(tǒng)，使用起來非常方便。它可以與任何 3mm 的 LED 搭配使用，并且最多可以在共享的 I2C 總線上拼接 8 個模塊。

Trellis 的 PCB 是專門為適配 Adafruit 4x4 彈性鍵盤而設(shè)計的。每個 PCB 上有 4x4 的焊盤和 4x4 個適合 3mm LED 的位置。板載電路負(fù)責(zé)處理 4x4 模塊的按鍵和 LED 照明，但它沒有微控制器或其他“大腦”，需要一個 Arduino 或類似的微控制器來控制 Trellis，讀取按鍵數(shù)據(jù)并控制 LED 點亮。

每個模塊都有一個 I2C 控制的 LED 序列器和鍵盤讀取器。芯片可以單獨控制所有 16 個 LED 的開關(guān)，但不能進(jìn)行灰度或調(diào)光。同樣的芯片還能讀取橡膠鍵盤的按鍵操作，連接方式采用“二極管復(fù)用”，這樣在按下多個按鍵時不用擔(dān)心“鬼影”問題，每個按鍵都有唯一的地址。

模塊上有 3 個地址跳線，只要每個模塊有唯一的地址，就可以在單個 I2C 總線上拼接最多 8 個 PCB（總共 4x32 或 16x8 = 128 個按鈕/LED）。所有模塊通過邊緣焊接連接，共享相同的電源、接地、中斷和 I2C 時鐘/數(shù)據(jù)引腳，只需 2 根 I2C 線就能輕松設(shè)置 128 個 LED 并讀取 128 個按鈕。模塊可以任意排列，只要每個模塊通過 5 個邊緣引腳相互連接即可。

每個 LED 都通過恒流驅(qū)動器進(jìn)行復(fù)用，因此可以自由混合搭配不同顏色的 LED，使用 250mcd 以上亮度的漫射 LED 效果最佳。

二、添加 LED

Trellis PCB 配備了所有驅(qū)動電路，但沒有預(yù)裝 LED，這是為了讓用戶可以自由選擇喜歡的 LED 顏色。安裝 LED 時需要注意極性，LED 有一個較長的引腳是正極，要將其插入 PCB 上標(biāo)有“+”的孔中。

安裝時，可以一次安裝一個 LED，也可以一次性安裝所有 LED，這取決于你的焊接經(jīng)驗。將 LED 引腳彎曲，使其平貼在 PCB 上，然后翻轉(zhuǎn) PCB 進(jìn)行焊接。焊接完成后，將引腳剪至離 PCB 約 2 - 3mm 的長度。

三、連接與庫的使用

3.1 連接硬件

Trellis 只是一個 LED/鍵盤控制器，需要 Arduino 或類似設(shè)備來讀取鍵盤數(shù)據(jù)并控制 LED 點亮。首先，從 GitHub 倉庫下載 Trellis Arduino 庫，將解壓后的文件夾重命名為 Adafruit_Trellis，并將其放置在 Arduino 草圖文件夾的 libraries 子文件夾中（如果是第一次安裝庫，可能需要創(chuàng)建該子文件夾），然后重啟 IDE。

接下來連接 PCB，將 5 根連接引腳的實心線焊接并插入 Arduino。建議從 Uno 開始，連接方式如下：

• 5V 連接到 Arduino 的 5V 電源引腳
• GND 連接到 Arduino 的 GND 接地引腳
• SCL 連接到 I2C 時鐘引腳（在 Uno 上為 A5）
• SDA 連接到 I2C 數(shù)據(jù)引腳（在 Uno 上為 A4）
• INT 中斷引腳連接到 A2（在示例代碼中未使用，可選擇不連接）

3.2 庫的使用

3.2.1 創(chuàng)建對象

每個面板都有一個名為 Adafruit_Trellis 的對象，例如：

Adafruit_Trellis matrix = Adafruit_Trellis();

如果有多個 Adafruit_Trellis 對象，可以創(chuàng)建一個 TrellisSet 來一次性讀取所有按鈕和控制所有 LED。例如：

Adafruit_TrellisSet trellis = Adafruit_TrellisSet(&matrix0, &matrix1, &matrix2, &matrix3);

在調(diào)用 begin 方法啟動 Adafruit_TrellisSet 對象時，需要傳入與 PCB 對應(yīng)的地址（地址范圍從 0x70 到 0x77），例如：

trellis.begin(0x70, 0x71, 0x72, 0x73);

3.2.2 控制 LED

可以使用 trellis.setLED(n) 和 trellis.clrLED(n) 來設(shè)置或清除 LED，其中 n 是 LED 的編號，范圍從 0 到（Trellis 數(shù)量 * 16 - 1）。設(shè)置和清除 LED 后，必須調(diào)用 trellis.writeDisplay() 來將數(shù)據(jù)發(fā)送到所有電路板。還可以使用 trellis.isLED(n) 來測試 LED 是否點亮。

3.2.3 讀取開關(guān)

通過調(diào)用 trellis.readSwitches() 來讀取按鈕狀態(tài)，如果自上次調(diào)用以來開關(guān)狀態(tài)有變化，則返回 true，否則返回 false。讀取開關(guān)后，可以使用 isKeyPressed(k)、trellis.justReleased(k) 和 trellis.justPressed(k) 來查詢按鍵狀態(tài)。

3.2.4 添加更多模塊

如果要拼接更多的 Trellis PCB，需要確保每個模塊有唯一的地址 ID。在 TrellisTest 草圖中添加更多的 Adafruit_Trellis 對象，并更新 TrellisSet 以包含這些對象。同時，修改 begin() 調(diào)用以添加所有使用的地址。

四、拼接模塊

可以在單個 2 線 I2C 總線上拼接最多 8 個 Trellis PCB，從而輕松構(gòu)建 8x16 或 4x32 的面板。在拼接之前，最好先單獨組裝和測試每個模塊，確保其正常工作。

拼接時，將模塊按所需方式排列，確保 Adafruit 標(biāo)志對齊。在相鄰的引腳焊盤上焊接兩個焊錫點，然后用烙鐵將焊錫從一個焊盤拖到另一個焊盤，使其連接。為了獲得更牢固的連接，可以使用一根小裸線跨接在焊盤上。重復(fù)此過程，直到連接完所有 5 個邊緣引腳。最后，檢查面板是否對齊，如有需要可以輕輕彎曲或重新加熱使其變直。

五、地址設(shè)置

每個 Trellis 模塊必須有唯一的地址?？梢酝ㄟ^在每個面板背面的地址跳線上焊接來設(shè)置地址。Trellis 上的 HT16K33 驅(qū)動芯片默認(rèn) I2C 地址為 0x70，由于 I2C 總線上的每個設(shè)備必須有唯一的地址，因此避免地址沖突非常重要。

HT16K33 有 3 個地址調(diào)整引腳，每個引腳改變地址的一個二進(jìn)制位，因此可以將地址設(shè)置為 0x70、0x71、0x72、0x73、0x74、0x75、0x76 或 0x77 中的任意一個。面板的地址不需要連續(xù)，只要唯一即可。

例如，如果 A2 和 A0 短路，地址為 0x70 + 4 + 1 = 0x75；如果只有 A1 短路，地址為 0x70 + 2 = 0x72。設(shè)置好唯一地址后，需要在 Arduino 代碼中設(shè)置這些地址。

六、Python 和 CircuitPython 的使用

6.1 硬件連接

6.1.1 CircuitPython 微控制器連接

將 Trellis 連接到 CircuitPython 微控制器的方式與連接到 Arduino 類似。例如，將 Feather M0 與 Trellis 連接時，3V 連接到 Trellis 的 5V/VCC，GND 連接到 Trellis 的 GND，SCL 連接到 Trellis 的 SCL，SDA 連接到 Trellis 的 SDA。

6.1.2 Python 計算機連接

以 Raspberry Pi 為例，將 Pi 的 5V 連接到 Trellis 的 5V，Pi 的 GND 連接到 Trellis 的 GND，Pi 的 SCL 連接到 Trellis 的 SCL，Pi 的 SDA 連接到 Trellis 的 SDA。

6.2 庫的安裝

6.2.1 CircuitPython 庫安裝

首先確保運行的是適用于電路板的最新版本的 Adafruit CircuitPython。然后從 Adafruit 的 CircuitPython 庫捆綁包中復(fù)制 adafruit_trellis.mpy 和 adafruit_bus_device 到 CIRCUITPY 驅(qū)動器的 lib 文件夾中。

6.2.2 Python 庫安裝

需要安裝 Adafruit_Blinka 庫以在 Python 中提供 CircuitPython 支持，可能還需要在平臺上啟用 I2C 并確保運行的是 Python 3。安裝完成后，從命令行運行以下命令：

sudo pip3 install adafruit-circuitpython-trellis

6.3 使用示例

以下是一個簡單的 Python 示例，用于初始化 Trellis、控制 LED 和讀取按鈕狀態(tài)：

import time
import busio
from board import SCL, SDA
from adafruit_trellis import Trellis

i2c = busio.I2C(SCL, SDA)
trellis = Trellis(i2c)

# 打開所有 LED
trellis.led.fill(True)
time.sleep(2)

# 關(guān)閉所有 LED
trellis.led.fill(False)
time.sleep(2)

pressed_buttons = set()
while True:
    time.sleep(.1)
    just_pressed, released = trellis.read_buttons()
    for b in just_pressed:
        pressed_buttons.update(just_pressed)
        print('pressed:', b)
        trellis.led[b] = True
    for b in released:
        print('released:', b)
        pressed_buttons.difference_update(released)
        trellis.led[b] = False
    for b in pressed_buttons:
        print('still pressed:', b)
        trellis.led[b] = True

Adafruit Trellis 是一款功能強大、易于使用的開源背光鍵盤驅(qū)動系統(tǒng)，無論是在硬件連接還是軟件編程方面都有很多值得探索的地方。你在使用 Trellis 的過程中遇到過哪些有趣的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享。