做一個會“變臉”的小寵物

龔瑩瑜 謝作如

川劇變臉是川劇的特技之一，演員在舞臺上的一抬手一提足，臉上的面具都可能發生翻天覆地的變化，滿滿的神秘感、震撼的舞臺效果，都給了觀眾不一樣的體驗。

偶然間看到DFRobot社區的一個表白神器——跳動的心（如圖1），一個火柴盒大小的點陣屏，非常適合作為送給女友的小禮物、小伙伴的愛心玩具等。這個創意讓我心動，也引發了我的思考：點陣屏能夠畫出愛心，那能不能繪制出臉譜呢？

● 器材和原理

創客空間剛好有盛思的Duinoplus box實驗箱，這款教學套件整合了8×8的點陣屏（如圖2），很適合做變臉的研究。所謂的8×8是指點陣屏由8行8列的LED組成，共有64個點組成，可以顯示簡單的圖形。

這款點陣屏不僅可以用X、Y來定位，精確控制某一個LED的狀態，也可以用行、列賦值的方法，給某一行寫一個參數，以點亮相應的LED。行賦值的代碼以二進制為基礎，每一行對應的是8位二進制，左邊的位高，右邊的位低（如圖3），賦的值是該行所有亮的點對應值之和。如果給第一行賦值1（十進制），則最右邊的LED亮，其他都暗；賦值255，則所有的LED亮。因為十進制的1對應的二進制數為“00000001”，255對應的則是“11111111”。

為了更好地理解行賦值，需要先學習二進制。二進制是逢2進位的進位制。0、1是基本算符。二進制數據也是采用位置計數法，其位權是以2為底的冪。最后一位是2的0次冪，倒數第二位是2的1次冪，以此類推。

所以把二進制化成十進制只需要將數值乘以2的冪次相加即可。例如，把二進制11111111轉化為十進制，*1+*1+*1+*1+*1+*1+ *1+*1+*1=255。

知道了如何點亮點陣屏后，又一個問題來了——如何用點陣屏顯示圖片呢？其實位圖都是由像素點組成的，只是平時我們看到的圖片像素點很多，而且像素點又很小，所有我們看圖片的時候很難發現。如果把圖片一直放大，就能發現圖片上出現了馬賽克一樣的方格，這就是像素點。所以點陣屏上的這64個點就相當于“像素點”，而我們要做的就是利用這些像素點繪制出不同的臉譜。

● 繪制臉譜

知道了點陣屏的點亮方法和繪圖的原理之后，接下來我們就可以在點陣屏上開始繪制臉譜了。

打開Excel，模擬點陣屏的排布建立一個8×8的表格。然后，在表格中確定圖案所對應的單元格位置，然后求出每行所對應的值。如圖4中畫出的是一張笑臉。

觀察圖4可知：

第0行：*0+*0+*0+*0+*0+*0+ *0+*0+*0=0。

第1行：*0+*1+*0+*0+*0+*0+ *0+*6+*0=66。

第2行：*1+*0+*0+*1+*0+*0+ *1+*0+*1=165。

第3行：*0+*0+*0+*0+*0+*0+ *0+*0+*0=0。

第4行：*0+*0+*0+*0+*0+*0+ *0+*0+*0=0。

第5行：*0+*0+*1+*0+*0+*1+ *0+*0+*0=36。

第6行：*0+*0+*0+*1+*1+*0+ *0+*0+*0=24。

第7行：*0+*0+*0+*0+*0+*0+ *0+*0+*0=0。

確定了每行所對應的值后，就可以開始點亮點陣屏了。每個臉譜都由8行點陣組成，為了讓代碼能簡潔明了，我們用8個長度的數組來存儲點陣屏中每行所對應的值。然后，利用循環語句對數組中的各個值進行讀取，把這些值賦給對應的行，讓點陣屏上顯示笑臉。同理可以繪制其他的臉譜，如圖5所示的三組數字，分別代表笑臉、哭臉和無表情的臉。

● 實現變臉

準備工作完成了，接下來我們開始編寫代碼，以便控制點陣屏實現“變臉”的過程?！白兡槨钡墓ぷ髁鞒倘缦拢寒敵绦蜷_始運行的時候，點陣屏上顯示一種臉譜；當左、中、右按鈕被按下的時候，分別出現不同的臉譜。相對來說，代碼的編寫倒最簡單。當按鈕按下時是高電位，也就是1電位，松開時是低電位，也就是0電位，可以用邏輯模塊中的等于節點進行編程，也可以把按鈕模塊作為條件，因為沒有說明時，就是默認條件是高電位。完整的代碼如圖6所示，效果圖如圖7所示。

● 拓展升級

利用實驗箱制作的作品僅僅是原型，不夠美觀，也不好展示。我們的最終作品應該利用體積較小的Arduino板子和點陣屏模塊，結合3D打印合，呈現各種有趣的作品形態，如會變臉的小寵物、鑰匙掛墜等。圖8所示的作品，是不是很酷炫？

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