ArduinoとExcelで制御する8×8・16×16 WS2812 RGB LEDマトリックスアニメーション

部品と材料

部品	数量	備考
Arduino UNO	1
WS2812 8×8 RGB LEDマトリックス	1
ジャンパーワイヤー（オス/メス）	3	黒-GND、赤-5V、緑-Data
9V電池（汎用）	1
9V-バレルジャック変換コネクター	1
メスヘッダー 5ピン 1列 ロング（0.1インチ）	1	実際は3ピンのみ使用

必要な工具と機器

• はんだごて（汎用）
• 鉛フリーはんだ

プロジェクト概要

WS2812 8×8 RGB LEDマトリックスを購入した際、従来のXY座標系でアドレス指定できると思いきや、64個のLEDが8行×8列のデイジーチェーン構造になっていることに気づきました。Kevin Darrah氏のExcelユーティリティ（本来16×16用）を8×8配列向けに改造し、スプレッドシートとArduinoスケッチの両方を修正することで、外部ライブラリ不要でLEDアニメーションをプログラミングできる汎用ツールを作成しました。

更新版ExcelブックLED_Utility.xlsmの機能：

• 各LEDへの個別RGB値割り当て
• VBAスクリプトによる動的プロパティ変更
• XY座標再配置によるモーションシミュレーション
• クイックカラー選択用ビルトインパレット
• 8×8と16×16マトリックスのデュアルサポート

以下にハードウェア構築、Excelユーティリティ設定、Arduinoスケッチ書き込みの手順をステップバイステップで解説。各プロジェクトは前回を基盤とし、ループ、条件分岐、モジュール関数などの概念を順次導入します。

ハードウェア組み立て

5ピンヘッダーで8×8マトリックスをArduino UNOに接続：

1. DIN → Arduinoピン8
2. +5V → 5Vピン
3. GND → GNDピン

このセットアップでは座標(0,0)がマトリックスの左上隅を指します。

Excelユーティリティ概要

LED_Utility.xlsmを開くと3シートあります：

• Eight — 8×8マトリックスインターフェース
• Sixteen — 16×16マトリックスインターフェース
• ColMap — 一般的なRGBコードの参照表

ブックは誤操作防止のため読み取り専用設定。コード生成後はファイル→名前を付けて保存で作業を保存してください。

Eightシートの主な機能：

• Show — 選択セルのRGB値（0〜255）を表示
• Var Map — 数値や変数入力を受け付けるが出力なし
• Wrap Map — 座標オーバーフロー対応のモジュラス関数を追加、後続利用可能な変数もサポート
• Clear — 両入力グリッドをクリア

各ボタンがカスタムmapLEDXY()関数向けにフォーマットされたC++コードブロックを生成。XY座標をWS2812マトリックス特有のジグザグ配線パターンに対応した線形配列インデックスへ変換します。

Arduinoスケッチ

コアスケッチ（LED_Arduino.ino）の主要要素：

// ピン定義
#define WS2812_pin 8
// LED総数
#define numberOfLEDs 64
// RGBバッファ（LEDあたり3バイト）
byte RGB[192];

// 前方宣言
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();

mapLEDXY()ルーチンが座標ペアを線形配列にマッピングし、WS2812マトリックスで一般的なジグザグ配線パターンを考慮します。

生成コードをloop()関数にコピーしてアップロードすれば、マトリックスが即座に指示に応答します。

プロジェクト1：静的な赤い正方形

座標(2,2)〜(4,4)に3×3の赤い正方形を作成。Excelで該当セルを赤255、緑/青0に設定。生成コードをスケッチ40行目に貼り付け：

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);

アップロードして正方形が点灯することを確認。グリッドクリア、色変更、枠線追加などで実験可能。

プロジェクト2：二色正方形

スケッチをColour_Sq.inoとして複製し、Excelでより大きな第2の正方形を作成。Showボタンでコード生成しスケッチに貼り付け。シンプルなdelay()とclearLEDs()で2形状を切り替え表示。

プロジェクト3：成長する正方形

Grow.inoで内側の小さな正方形を設計し、好みの色で外枠を追加。内側正方形の値を削除し、外枠コードを生成して両ブロックをスケッチに貼り付け。拡大・収縮アニメーションする正方形が完成。

プロジェクト4：螺旋アニメーション

複雑なパターンは各フレームを別関数にカプセル化し、loop()から呼び出し。サンプルSpiral.inoは5つのヘルパー関数で5層の螺旋を構築。メインループを簡潔に保ち、将来の編集も容易に。

プロジェクト5：可変輝度ループ

forループで輝度をアニメーション：

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);
}

正方形が自動的にフェードイン・アウト。

プロジェクト6：フェードする枠線

forループと共有変数gで周囲の枠線をフェード：

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

ブルーチャンネルがグリーンを追従し、滑らかなフェードを生成。

プロジェクト7：色遷移

if文で中間枠線セルを緑から黄色へ変化（閾値超過時）：

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

閾値を変えて多様な効果を実験可能。

プロジェクト8：移動する矢印

X座標をパラメータ化して移動する矢印を生成：

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);
}

スプレッドシートのWrap Map機能で座標オーバーフローを処理。

16×16マトリックスでの使用

上記概念すべてが16×16マトリックスに直接適用可能。LED_Arduino.inoをLED_Arduino16.inoに置き換え、ブックのSixteenシートに切り替え。必要な調整はnumberOfLEDs定義とmapLEDXY()内のRGBlocation計算のみ。

拡張とヒント

本ガイドは8×8と16×16に焦点を当てていますが、同手法で他サイズ（例：8×32）にも適用可能。新サイズごとにnumberOfLEDs定数を更新し、マトリックス配線パターンに合わせてインデックス計算を修正。ブックは読み取り専用モードで保管し、誤削除を防止。消費電力が懸念ならArduino Nano等の小型ボードへの移植も検討を。