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# Maquette 3 × 3 : matrice de LED RGB multiplexée
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Workshop « Vitrine pixels » : on fabrique un petit écran de **9 pixels** de
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couleur, soudé sur une plaque à pastilles et piloté par un Arduino.
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C'est la maquette d'apprentissage avant la grande matrice 7 × 39.
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> **Le principe à retenir** : on n'allume jamais les 9 LED en même temps.
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> On allume **une ligne à la fois**, très vite (environ 333 fois par seconde),
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> et l'œil voit une image fixe. C'est le **multiplexage**. Tout est expliqué
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> en détail dans les commentaires de [`matrice_3x3.ino`](matrice_3x3.ino).
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## Sommaire
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1. [Le matériel](#1-le-matériel)
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2. [Reconnaître les composants](#2-reconnaître-les-composants)
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3. [Le schéma électrique](#3-le-schéma-électrique)
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4. [Le montage sur plaque à pastilles](#4-le-montage-sur-plaque-à-pastilles)
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5. [Souder, étape par étape](#5-souder-étape-par-étape)
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6. [Relier à l'Arduino](#6-relier-à-larduino)
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7. [Téléverser le programme et tester](#7-téléverser-le-programme-et-tester)
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8. [Ça ne marche pas ?](#8-ça-ne-marche-pas-)
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9. [Le fichier Fritzing](#9-le-fichier-fritzing)
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## 1. Le matériel
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| Quoi | Combien | Remarque |
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|---|---|---|
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| Arduino Uno + câble USB | 1 | |
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| LED RGB 5 mm **à cathode commune** | 9 | 4 pattes ; vérifier « common cathode » à l'achat |
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| Transistor **BC337** (NPN) | 3 | ou 2N2222 / S8050 : **attention, pattes dans un autre ordre** (voir 2) |
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| Résistance **220 Ω** | 3 | pour le rouge |
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| Résistance **150 Ω** | 6 | pour le vert et le bleu |
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| Résistance **1 kΩ** | 3 | pour les bases des transistors |
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| Plaque à pastilles (pas 2,54 mm) | 1 | au moins **32 × 34 trous** |
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| Fil nu étamé (ou chutes de pattes de résistances) | ~1 m | pour les liaisons côté soudures |
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| Fil isolé fin (monobrin) | ~50 cm | pour les 3 lignes de cathodes |
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| Fils souples avec embout mâle (« Dupont ») | 13 | vers l'Arduino : 9 rouges/verts/bleus, 3 jaunes, 1 noir |
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| Fer à souder, étain, pince coupante, pince plate | | |
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## 2. Reconnaître les composants
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### La LED RGB à cathode commune
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Elle contient 3 petites LED (rouge, verte, bleue) qui partagent la même
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patte « moins » : la **cathode commune**, qui est **la patte la plus longue**.
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```
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/ \ Ordre des pattes le plus courant :
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|_____| R K G B
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| | | | │ │ │ └ bleu
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| | | | │ │ └──── vert
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R K | | │ └──────── cathode (la plus longue)
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G B └──────────── rouge (souvent côté du méplat)
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```
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> ⚠️ L'ordre peut changer selon le fabricant. **Testez une LED avant de
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> souder** : cathode au GND de l'Arduino, et chaque autre patte, l'une après
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> l'autre, au 5V **à travers une résistance de 220 Ω** (jamais sans résistance !).
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### Le transistor BC337
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C'est un **interrupteur électronique** : quand un petit courant entre par la
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**base (B)**, il laisse passer un gros courant entre le **collecteur (C)** et
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l'**émetteur (E)**. Ici, chaque transistor allume ou éteint une ligne de LED.
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Face plate vers vous, pattes vers le bas, de gauche à droite : **C – B – E**.
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> ⚠️ Le **2N2222** et le **S8050** ont l'ordre inverse : **E – B – C**.
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> Si vous les utilisez, tournez-les d'un demi-tour (face plate vers le haut
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> de la plaque).
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### Les résistances
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Elles freinent le courant pour protéger les LED et l'Arduino. On lit leur
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valeur avec les anneaux de couleur :
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| Valeur | Anneaux | Rôle |
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|---|---|---|
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| 220 Ω | rouge – rouge – marron | LED rouges |
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| 150 Ω | marron – vert – marron | LED vertes et bleues |
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| 1 kΩ | marron – noir – rouge | bases des transistors |
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Une résistance n'a pas de sens : on peut la souder dans les deux sens.
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## 3. Le schéma électrique
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Comment le lire :
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- **À gauche, l'Arduino**. Ses broches **D2 à D10** envoient la couleur,
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ses broches **D11 à D13** choisissent la ligne allumée.
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- **Les 9 lignes verticales** : chaque broche D2 à D10 passe par une
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résistance, puis rejoint **les anodes d'une même couleur dans une même
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colonne** de la matrice. Par exemple, D2 alimente le rouge des 3 LED de la
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colonne de gauche.
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- **Les 3 lignes horizontales** relient **les cathodes d'une même ligne**
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de LED, puis vont au **collecteur** d'un transistor.
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- **À droite, les transistors** : leur base est commandée par D11, D12 ou D13
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(à travers 1 kΩ), et leur émetteur est relié au **GND** (la masse).
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Un pixel s'allume quand **sa ligne est active** (transistor passant) **et**
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que **sa colonne envoie de la couleur**. C'est le croisement des deux qui
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choisit le pixel.
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| Broche Arduino | Rôle |
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|---|---|
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| D2, D3, D4 | rouge, vert, bleu de la **colonne 0** (gauche) |
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| D5, D6, D7 | rouge, vert, bleu de la **colonne 1** (milieu) |
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| D8, D9, D10 | rouge, vert, bleu de la **colonne 2** (droite) |
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| D11, D12, D13 | **lignes** 0 (haut), 1, 2 (bas), par les transistors T0, T1, T2 |
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| GND | masse : émetteurs des 3 transistors |
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## 4. Le montage sur plaque à pastilles
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Le plan en haut de cette page montre la plaque **des deux côtés** :
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- **À gauche, côté composants** : ce qu'on voit quand la plaque est posée
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devant soi, composants vers le haut.
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- **À droite, côté soudures** : la plaque **retournée**. ⚠️ C'est une image
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**en miroir** : ce qui était à gauche se retrouve à droite. Les numéros de
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colonnes aident à s'y retrouver.
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Les trous sont repérés par **colonne** (de 1 à 32, de gauche à droite côté
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composants) et **ligne** (de 1 à 34, de haut en bas).
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### L'idée du câblage
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- **Les colonnes de couleur** (anodes) sont des **fils nus verticaux**, côté
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soudures. Comme les 3 LED d'une colonne sont alignées, leurs pattes R
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tombent dans la même colonne de trous : un fil nu droit les relie toutes,
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puis rejoint la résistance.
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- **Les lignes de cathodes** croisent les colonnes : on ne peut pas les faire
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en fil nu du même côté (ça ferait un court-circuit !). On les fait donc en
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**fil isolé, côté composants**, qui passe **par-dessus**.
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- Chaque fil isolé arrive dans **le trou juste à côté** de la patte à
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relier ; on fait la liaison côté soudures avec une goutte d'étain ou un
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bout de fil nu.
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### Où va chaque composant
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| Composant | Trous (colonne, ligne) |
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|---|---|
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| Résistances 220 Ω (rouge) | col. 3, 9, 15 : lignes 3 → 7 |
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| Résistances 150 Ω (vert) | col. 5, 11, 17 : lignes 3 → 7 |
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| Résistances 150 Ω (bleu) | col. 6, 12, 18 : lignes 8 → 12 |
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| LED de la ligne 0 (haut) | ligne 19 ; colonnes 3-6, 9-12, 15-18 (pattes R K G B) |
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| LED de la ligne 1 | ligne 25 ; mêmes colonnes |
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| LED de la ligne 2 (bas) | ligne 31 ; mêmes colonnes |
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| Transistors T0, T1, T2 | lignes 20, 26, 32 ; colonnes 22 (C), 23 (B), 24 (E) |
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| Résistances 1 kΩ (bases) | lignes 21, 27, 33 ; colonnes 23 → 27 |
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> **Pourquoi des LED espacées de 6 trous (15 mm) ?** Pour laisser de la place
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> aux fils et aux doigts. La matrice finale aura un pas de 10 mm. Pour tester
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> la diffusion de la lumière à 10 mm, on peut refaire une version au pas de
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> 4 trous (10,16 mm), mais le câblage est beaucoup plus serré.
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## 5. Souder, étape par étape
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**On soude des composants les plus bas aux plus hauts** : la plaque reste
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stable quand on la retourne.
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1. **Les fils nus** (côté soudures) : les 9 colonnes de couleur, le bus de
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masse (colonne 31) et les petits ponts. Suivez le plan de droite.
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2. **Les 12 résistances**, couchées à plat contre la plaque (le long des
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colonnes pour les 9 résistances de couleur, le long des lignes pour les 1 kΩ).
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Vérifiez les couleurs : 220 Ω pour le rouge, 150 Ω pour le vert et le bleu,
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1 kΩ pour les bases.
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3. **Les 3 transistors**, face plate vers le bas de la plaque.
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Ne chauffez pas plus de 3 secondes par patte.
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4. **Les 9 LED** : patte la plus longue (K) en 2e position.
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**Testez chaque LED avant** (voir partie 2).
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5. **Les 3 fils isolés** des cathodes (côté composants).
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6. **Les 13 fils vers l'Arduino** (voir partie 6).
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Conseils de soudure :
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- Le fer chauffe **la pastille et la patte en même temps**, puis on apporte
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l'étain. Une bonne soudure est brillante et en forme de petit volcan.
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- Après chaque étape, **vérifiez qu'aucune goutte d'étain ne relie deux
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pastilles voisines** par erreur, surtout entre les colonnes de couleur
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voisines (G et B ne sont qu'à un trou d'écart !).
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- Coupez les pattes qui dépassent **après** avoir soudé. Gardez les chutes :
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elles font d'excellents fils nus.
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## 6. Relier à l'Arduino
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| Fil | Trou sur la plaque (col., ligne) | Broche Arduino |
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|---|---|---|
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| 🔴 rouge colonne 0 | 3, 2 | D2 |
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| 🟢 vert colonne 0 | 5, 2 | D3 |
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| 🔵 bleu colonne 0 | 6, 2 | D4 |
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| 🔴 rouge colonne 1 | 9, 2 | D5 |
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| 🟢 vert colonne 1 | 11, 2 | D6 |
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| 🔵 bleu colonne 1 | 12, 2 | D7 |
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| 🔴 rouge colonne 2 | 15, 2 | D8 |
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| 🟢 vert colonne 2 | 17, 2 | D9 |
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| 🔵 bleu colonne 2 | 18, 2 | D10 |
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| 🟡 ligne 0 | 28, 21 | D11 |
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| 🟡 ligne 1 | 29, 27 | D12 |
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| 🟡 ligne 2 | 30, 33 | D13 |
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| ⚫ masse | 31, 18 | GND (à côté de D13) |
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> Pas besoin d'alimentation externe : 9 LED à 15 mA, une seule ligne à la fois,
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> c'est au maximum ~135 mA. Le port USB suffit.
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## 7. Téléverser le programme et tester
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1. Installez l'**IDE Arduino** et la bibliothèque **TimerOne**
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(Outils → Gérer les bibliothèques… → « TimerOne » → Installer).
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2. Ouvrez [`matrice_3x3.ino`](matrice_3x3.ino).
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3. Outils → Type de carte → **Arduino Uno** ; Outils → Port → le bon port.
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4. **Téléverser**.
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La première animation, `animTestPixels`, allume **chaque pixel l'un après
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l'autre**, en rouge, puis en vert, puis en bleu, de gauche à droite et de haut
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en bas. C'est le test de câblage : notez tout pixel qui ne s'allume pas, ou
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pas au bon endroit, ou pas dans la bonne couleur.
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Ensuite, les animations s'enchaînent : aplats de couleur, chenille, damier,
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balayages, scintillement. Pour créer les vôtres, lisez les parties 5 et 6 du
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programme.
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## 8. Ça ne marche pas ?
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| Symptôme | Cause probable | Solution |
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|---|---|---|
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| **Rien ne s'allume** | Fil de masse (GND) absent | Vérifier le fil noir et le bus de masse (col. 31) |
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| | Transistors à l'envers | Vérifier C-B-E (BC337) ou E-B-C (2N2222) |
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| **Une ligne entière reste éteinte** | Transistor mal soudé ou à l'envers | Vérifier T0, T1 ou T2 et sa résistance de base |
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| | Fil isolé de cathode mal soudé | Vérifier le pont entre la patte K et le fil |
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| **Une couleur manque sur toute une colonne** | Résistance ou fil nu de colonne mal soudé | Suivre la colonne côté soudures |
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| | Mauvais fil sur l'Arduino | Comparer avec le tableau de la partie 6 |
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| **Un seul pixel ne marche pas** | LED mal soudée, ou grillée | Ressouder, ou tester la LED seule |
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| **Couleurs mélangées** (rouge à la place du bleu…) | Ordre des pattes de la LED différent | Tester la LED (partie 2) ; corriger dans le code (`pinsCouleur`) |
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| **Deux couleurs s'allument ensemble** | Pont d'étain entre deux colonnes voisines | Chauffer et retirer l'étain en trop (tresse à dessouder) |
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| **Légers reflets sur des pixels éteints** (« fantômes ») | Normal si très faible | Le code éteint déjà les lignes avant de changer les couleurs |
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| **L'image clignote** | `DUREE_LIGNE_US` trop grand | Revenir à 1000 dans le code |
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| **La petite LED « L » de l'Arduino scintille** | Normal : elle est sur la broche 13 (ligne 2) | Rien à faire |
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## 9. Le fichier Fritzing
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[`matrice_3x3.fzz`](matrice_3x3.fzz) s'ouvre avec
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[Fritzing](https://fritzing.org) (version 1.0 ou plus récente). Il contient :
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- la vue **Schéma** : le même circuit que la partie 3, avec les symboles
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de Fritzing ([aperçu](schemas/schema_fritzing.png)) ;
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- la vue **Platine d'essai** : la plaque à pastilles reliée à l'Arduino.
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Les fils gris sont les liaisons en fil nu (côté soudures), les fils noirs
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sur la plaque sont les fils isolés des cathodes.
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La vue **Circuit imprimé** n'est pas utilisée (pièces non placées).
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Les scripts du dossier [`outils/`](outils/) régénèrent le fichier Fritzing,
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le plan d'implantation et le schéma électrique si on modifie le montage :
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```bash
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python3 outils/gen_fzz.py matrice_3x3.fzz
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```
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```bash
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python3 outils/render_plaque.py schemas/implantation_plaque.svg
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||||
```
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||||
```bash
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||||
python3 outils/schema_electrique.py schemas/schema_electrique.svg
|
||||
```
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