Construa e Programe Animações em Matriz RGB WS2812 8×8 e 16×16 com Arduino e Excel

Componentes e Materiais

Arduino UNO	×1
Matriz RGB LED WS2812 8×8	×1
Jumpers Macho/Fêmea (Preto-GND, Vermelho-5V, Verde-Dados)	×3
Bateria 9V (genérica)	×1
Conector 9V para Jack Barril	×1
Header Macho 5 Posições — 1 Linha — Longo (0,1") (apenas 3 pinos necessários)	×1

Ferramentas e Máquinas Necessárias

• Ferro de Solda (genérico)
• Fio de Solda, Livre de Chumbo

Sobre Este Projeto

Quando comprei minha primeira matriz RGB WS2812 8×8, esperava endereçá-la como um sistema de coordenadas XY tradicional. Em vez disso, os 64 LEDs estão em cadeia (daisy-chained) em oito fileiras de oito. Descobri que o utilitário Excel do Kevin Darrah, originalmente desenhado para matriz 16×16, podia ser adaptado para controlar um array 8×8. Modificando tanto a planilha quanto o sketch Arduino acompanhante, criei uma ferramenta versátil que permite programar animações de LED sem bibliotecas externas.

A planilha Excel atualizada, LED_Utility.xlsm, agora suporta:

• Atribuição RGB individual para cada LED.
• Mudanças dinâmicas de propriedades via script VBA.
• Relocação XY para simular movimento.
• Paletas embutidas para seleção rápida de cores.
• Suporte dual para matrizes 8×8 e 16×16.

Abaixo, instruções passo a passo para montar o hardware, configurar o utilitário Excel e carregar o sketch Arduino. Cada projeto constrói sobre o anterior, introduzindo conceitos como loops, condicionais e funções modulares.

Montar o Hardware

Conecte a matriz 8×8 a um Arduino UNO usando header de 5 pinos:

1. Conecte DIN ao pino 8 do Arduino.
2. Conecte +5V ao pino 5V.
3. Conecte GND ao pino GND.

Nesta configuração, a coordenada (0,0) refere-se ao canto superior esquerdo da matriz.

Visão Geral do Utilitário Excel

Abra LED_Utility.xlsm — contém três abas:

• Eight — interface para matriz 8×8.
• Sixteen — interface para matriz 16×16.
• ColMap — referência prática de códigos RGB comuns.

A pasta de trabalho é definida como somente leitura por padrão para proteger seu trabalho. Use Arquivo → Salvar Como após gerar código para preservar seu design.

Principais recursos na aba Eight:

• Show — exibe valores RGB para células selecionadas (0–255).
• Var Map — aceita entradas numéricas ou variáveis mas não mostra saída.
• Wrap Map — adiciona função módulo para lidar com overflow de coordenadas e suporta variáveis para uso posterior.
• Clear — limpa ambas as grades de entrada.

Cada botão gera um bloco de código C++ que você copia para o sketch Arduino. O código é formatado para a função customizada mapLEDXY(), que converte coordenadas XY no índice de LED apropriado.

Sketch Arduino

O sketch principal (LED_Arduino.ino) contém os seguintes elementos:

// Definição do pino
#define WS2812_pin 8
// Total de LEDs
#define numberOfLEDs 64
// Buffer RGB (3 bytes por LED)
byte RGB[192];

// Declarações antecipadas
void RGB_update(int LED, byte RED, byte GREEN, byte BLUE);
void mapLEDXY(int x, int y, byte RED, byte GREEN, byte BLUE);
void clearLEDs();

A rotina mapLEDXY() mapeia um par de coordenadas para o array linear, considerando o padrão de fiação zig-zag comum em matrizes WS2812.

Após copiar seu código gerado na função loop(), carregue o sketch. A matriz responderá instantaneamente às instruções.

Projeto 1 – Quadrado Vermelho Estático

Crie um quadrado vermelho 3×3 nas coordenadas (2,2) a (4,4). No Excel, defina as células correspondentes para 255 no vermelho e 0 no verde/azul. Copie o código gerado na linha 40 do sketch:

mapLEDXY(2,2,255,0,0);mapLEDXY(2,3,255,0,0);mapLEDXY(2,4,255,0,0);
mapLEDXY(3,2,255,0,0);mapLEDXY(3,3,255,0,0);mapLEDXY(3,4,255,0,0);
mapLEDXY(4,2,255,0,0);mapLEDXY(4,3,255,0,0);mapLEDXY(4,4,255,0,0);

Carregue e veja o quadrado acender. Experimente limpando a grade, mudando cores ou adicionando borda.

Projeto 2 – Quadrados Dual-Color

Duplique o sketch como Colour_Sq.ino e modifique a planilha Excel para criar um segundo quadrado maior. Use o botão Show para gerar código e cole no sketch. Adicione um delay simples e clearLEDs() para alternar entre as duas formas.

Projeto 3 – Quadrado Crescente

No sketch Grow.ino, desenhe um quadrado interno menor e cerque-o com uma borda à sua escolha. Remova os valores do quadrado interno, gere o código externo e cole ambos os blocos no sketch. O resultado é um quadrado animado que expande e contrai.

Projeto 4 – Animação Espiral

Para padrões complexos, encapsule cada frame em uma função separada e chame-as do loop(). O exemplo Spiral.ino usa cinco funções auxiliares para construir uma espiral de 5 camadas. Esta abordagem modular mantém o loop principal conciso e facilita edições futuras.

Projeto 5 – Loop de Brilho Variável

Introduza um loop for para animar brilho:

for (int r=0; r<256; r++) {
  mapLEDXY(3,3,r,0,0);mapLEDXY(3,4,r,0,0);
  mapLEDXY(4,3,r,0,0);mapLEDXY(4,4,r,0,0);
  RGB_update(-1,0,0,0);
  delay(50);
}
for (int r=255; r>=0; r--) {
  mapLEDXY(3,3,r,0,0);mapLEDXY(3,4,r,0,0);
  mapLEDXY(4,3,r,0,0);mapLEDXY(4,4,r,0,0);
  RGB_update(-1,0,0,0);
  delay(50);
}

O quadrado faz fade in e fade out automaticamente.

Projeto 6 – Borda com Fade

Combine loops for com variável g compartilhada para fazer fade em uma borda circundante:

for (int g=0; g<256; g++) {
  b=g;
  mapLEDXY(...); // células da borda
  RGB_update(-1,0,0,0);
  delay(50);
}
for (int g=255; g>=0; g--) {
  b=g;
  mapLEDXY(...); // células da borda
  RGB_update(-1,0,0,0);
  delay(50);
}

Aqui o canal azul acompanha o verde para criar um fade suave.

Projeto 7 – Transição de Cor

Use um if para mudar células da borda de verde para amarelo ao atingir um limiar:

for (int r=0; r<256; r++) {
  g=r;
  if (g>64) { g=65; l=r; }
  mapLEDXY(...); // células
  RGB_update(-1,0,0,0);
  delay(50);
}

Experimente diferentes limiares para efeitos variados.

Projeto 8 – Seta em Movimento

Gere uma seta em movimento parametrizando a coordenada X:

for (int x=0; x<8; x++) {
  mapLEDXY((x+0)%8,3,0,255,255);
  mapLEDXY((x+1)%8,1,255,128,128);
  mapLEDXY((x+1)%8,3,0,255,255);
  mapLEDXY((x+1)%8,5,255,128,128);
  mapLEDXY((x+2)%8,2,255,128,128);
  mapLEDXY((x+2)%8,3,0,255,255);
  mapLEDXY((x+2)%8,4,255,128,128);
  mapLEDXY((x+3)%8,3,255,128,128);
  RGB_update(-1,0,0,0);
  delay(100);
}

Use o recurso Wrap Map na planilha para lidar com overflow de coordenadas.

Uso de Matriz 16×16

Todos os conceitos acima transferem diretamente para matriz 16×16. Substitua LED_Arduino.ino por LED_Arduino16.ino e mude para a aba Sixteen na pasta de trabalho. O único ajuste necessário é a definição numberOfLEDs e o cálculo RGBlocation em mapLEDXY().

Extensões e Dicas

Embora este guia foque em arrays 8×8 e 16×16, a mesma metodologia aplica-se a outros tamanhos (ex: 8×32). Para cada novo tamanho, atualize a constante numberOfLEDs e modifique o cálculo de índice para corresponder ao padrão de fiação da matriz. Mantenha a pasta de trabalho em modo somente leitura para evitar perda acidental de código customizado. Considere usar uma placa menor, como Arduino Nano, se consumo de energia for preocupação.