作者：Jack OmniXRI
Arduino UNO Q [1] （以下簡稱 UNO Q）開發板上有很多內建的元件可直接調用，為了讓大家能更熟悉開發板上的元件控制，本文將先從能產生簡單顯示介面的 LED 點矩陣介紹起。
1. UNO UNO R4 WIFI 與 UNO Q 點矩陣 LED 比較
第一次拿到 UNO Q 板子的朋友可能會覺得很眼熟，和 Arduino UNO R4 WIFI（以下簡稱 R4 WIFI） 一樣有一個很漂亮的 LED 點矩陣，但點亮後就可明顯發覺很多細節並不一樣，如 Fig. 1 所示。
首先是 LED 數量和顏色不同， R4 WIFI 是 8×12 （96）個紅色 LED，而 UNO Q 是 8×13 （104）個藍色 LED。
再確認硬體規格後，發覺硬體結構也不同，R4 WIFI 為了節省硬體控制腳位，於是使用 MCU 的 11 個通用輸出入腳（GPIO）透過三態邏輯多工（或稱查理多工 Charlieplexing）來直接掃描點亮 96 顆 LED。而 UNO Q 則是使用 STM32 底層脈波寬度調變（PWM）定時器（Timer）和中斷自動對行列進行掃描。
在 LED 亮度控制方面，R4 WIFI 原則上只能控制 LED 顯示二值化影像（亮或不亮），若真的需要顯示不同程度亮度的灰階影像，則需透過軟體 PWM 方式來調控。而 UNO Q 則有內建硬體8級灰階控制，可直接設定硬體定時器自動執行高頻 PWM 掃描，直接呈現不同程度的亮暗影像內容。
在程式控制上，R4 WIFI 使用 「Arduino_LED_Matrix.h」 來驅動。而 UNO Q 可使用Python Arduino Graphics 函式庫結合 RouterBridge 來開發或者使用 MCU 原始開發方式。
圖1：Arduino UNO R4 WIFI 和 UNO Q LED點矩陣比較表。（OmniXRI整理製作，2026/06/03）
2. 以 MCU 方式在點矩陣顯示靜態圖案
首先安裝好 Arduino APP Lab 並以 Type C 纜線將開發板和電腦連接好，可參考「【Arduino UNO Q 專欄02】軟體開發初體驗」。
接著開啟 APP Lab，進入「My App」，點擊右上角「Create New App」建立新專案並填入自訂名稱，例「LED_Matrix_Test_Arduino_Logo」。
進入後，點擊左側「sketch.ino」，就可開始編輯 MCU 程式。這裡我們假設要在點矩陣 LED 顯示一個靜態 Arduino Logo。只需引用「Arduino_LED_Matrix.h」，再定義一個 13 x 8 （共104個）的資料矩陣。只需依照 LED 排列順序填入 0 或 1 即可。如 Fig. 2 左下所示。
圖2：UNO Q 板載 LED 及點矩陣資料位置定義。（OmniXRI整理製作，2026/06/03）
原則上點矩陣 LED 是可以控制8階灰度顯示，若只想亮和不亮，則可利用「setGrayscaleBit(1)」來完成，而 1 即代表使用 1 個位元來控制亮度。若設為 3 則代表可控制 2^3 = 8 種亮度。若想令資料格式和一般電腦上以 8 位元來表示亦可設為 8 ，只是系統會自動等比縮到 8 種灰度，即灰度除 64 而得到最後灰度。
只要將下列程式複製到程式區，再按下右上角「RUN」，等待程式編譯和上傳後就可看到自定義圖像顯示在點矩陣 LED 上。如圖3所示。
uint8_t logo[104] = { // 點矩陣顯示內容
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,1,1,1,0,0,0,1,1,1,0,0,
0,1,0,0,0,1,0,1,0,0,0,1,0,
1,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,1,
1,0,1,1,1,0,1,0,1,1,1,0,1,
1,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,1,
0,1,0,0,0,1,0,1,0,0,0,1,0,
0,0,1,1,1,0,0,0,1,1,1,0,0
};
Arduino_LED_Matrix matrix; // 宣告 Arduino_LED_Matrix
void setup() {
matrix.begin(); // 啟動 Arduino_LED_Matrix
matrix.setGrayscaleBits(1); // 設定灰度為 1bit表示（1 亮 / 0 不亮）
matrix.draw(logo); // 繪製指定圖像
}
void loop() {
}
圖3：二階及八階灰度顯示結果。（OmniXRI整理製作，2026/06/03）
3. 透過 MPU 呼叫 MCU 在點矩陣顯示動畫
點選左上角 My Apps，再點擊左側 Examples，捲到最下方，選擇「Weather forecast on LED Matrix [3]」，再按左上角複製一份到 My App，專案名稱可採用預設的或自行重新命名。這個 App 程式可以讀取指定城市的天氣，並以簡易動畫形式顯示晴天(Sunny)、多雲(Cloudy)、雨天(Rainy)、下雪(Snowy)及起霧(Foggy)。
進入程式編輯頁面後，會有 MPU 的 Python 碼(main.py)、 MCU 的 C++ 程式碼（sketch.ino）和頭文件(weather_frames.h)。這個範例程式的主要功能如下所示。
- main.py – MPU 主程式，負責讀取天氣結果（文字串）並透過橋接器(Bridge）提供給 MCU，用以改變點矩陣 LED 動畫顯示內容。
- sketch.ino – MCU 主程式，負責指定城市名稱，接收 MPU 從橋接器(Bridge)送來的天氣內容並載入對應動畫內容並顯示在點矩陣 LED 上。
- weather_frames.h – 定義五種天氣的動畫內容。
3.1. main.py
定義 get_weather_forecast 函式，從網路取得指定城市的天氣，並傳遞到 MCU 中。
from arduino.app_utils import *
forecaster = WeatherForecast()
def get_weather_forecast(city: str) -> str:
// 取得指定城市天氣狀態
forecast = forecaster.get_forecast_by_city(city)
print(f"Weather forecast for {city}: {forecast.description}")
return forecast.category
// 以橋接器(Bridge)將 MPU 內容送到 MCU
Bridge.provide("get_weather_forecast", get_weather_forecast)
App.run()
3.2. sketch.ino
只需改變範例程式的城市名稱即可，接下來就只要等 MPU 送來結果，再由 MCU 改變矩陣 LED 顯示內容即可。這裡使用「loadSequence(）」來讀取「weather_frames.h 」中預定義好的動畫資訊，包含顯示內容及延時。
#include
#include "weather_frames.h"
String city = "Taipei"; // 指定城市名稱
Arduino_LED_Matrix matrix;
void setup() {
matrix.begin();
matrix.clear();
Bridge.begin();
}
void loop() {
String weather_forecast;
// 取得天氣結果字串
bool ok = Bridge.call("get_weather_forecast", city).result(weather_forecast);
// 依字串載入對應動畫並顯示
if (ok) {
if (weather_forecast == "sunny") {
matrix.loadSequence(sunny);
playRepeat(10);
} else if (weather_forecast == "cloudy") {
matrix.loadSequence(cloudy);
playRepeat(10);
} else if (weather_forecast == "rainy") {
matrix.loadSequence(rainy);
playRepeat(20);
} else if (weather_forecast == "snowy") {
matrix.loadSequence(snowy);
playRepeat(10);
} else if (weather_forecast == "foggy") {
matrix.loadSequence(foggy);
playRepeat(5);
}
}
}
// 重複顯示次數
void playRepeat(int repeat_count) {
for (int i = 0; i < repeat_count; i++) {
matrix.playSequence();
}
}
以天晴(sunny)為例（如下程式），三列分別三幅圖案，每一列的最後一個數值代表停留多少 mS ，由於 8×13=104，若以32位元整數，16進制8位數表示，則需四組數值，最後一個16進制只使用到前8位元（16進制2位數）。需要幾種變化就設計幾列的數值定義。其它天氣符號動畫依此類推。
{0x04812805, 0x80138390, 0x03402902, 0x40000000, 500},
{0x12005201, 0xa072009c, 0x0b009400, 0x90000000, 500},
{0x04812805, 0x80138390, 0x03402902, 0x40000000, 500},
};
const uint32_t cloudy[][5] = {
{0x0000380e, 0x20888404, 0x2020fe00, 0x00000000, 500},
{0x00001c07, 0x10444202, 0x10107f00, 0x00000000, 500},
{0x00000e03, 0x88222101, 0x08083f80, 0x00000000, 500},
{0x00001c07, 0x10444202, 0x10107f00, 0x00000000, 500},
};
const uint32_t rainy[][5] = {
{0x0780c208, 0x084041fc, 0x08a05100, 0xa0000000, 200},
{0x0780c208, 0x084041fc, 0x02804502, 0x88000000, 200},
{0x0780c208, 0x084041fc, 0x0a201402, 0x28000000, 200},
};
const uint32_t snowy[][5] = {
{0x0780c208, 0x084041fc, 0x02004400, 0x88000000, 650},
{0x0780c208, 0x084041fc, 0x00201002, 0x20000000, 650},
{0x0780c208, 0x084041fc, 0x08800100, 0x80000000, 650},
};
const uint32_t foggy[][5] = {
{0x0001fb00, 0x006fc000, 0x1f700000, 0x00000000, 660},
{0x0001ef00, 0x0077c000, 0x1fb00000, 0x00000000, 660},
{0x0001fb00, 0x006fc000, 0x1f700000, 0x00000000, 660},
};
圖4：Weather forecast on LED Matrix 範例程式及執行結果。（OmniXRI整理製作，2026/06/03）
結語
Arduino UNO Q 開發板自帶 8×13 點矩陣 LED，這樣很方便我們顯示文字、靜態圖像甚至是動態圖畫。不管是直接撰寫 MCU C++ 程式控制顯示內容，還是由 MPU Python 程式透過橋接器(Bridge) 來控制 MCU 都很方便，同時還可自定義八個灰度顯示，讓顯示內容更具彈性。後續就有賴使用者的創意，開發出更多有趣的互動顯示裝置。
參考文獻
[1] Arduino, Document – Hardware – UNO Q – UNO Q User Manual
https://docs.arduino.cc/tutorials/uno-q/user-manual/
[2] Arduino, Document – Software – APP Lab – Tutorial: Using Arduino App Lab
https://docs.arduino.cc/software/app-lab/getting-started/quickstart/
[3] Arduino, Github – Weather forecast on LED matrix
https://github.com/arduino/app-bricks-examples/tree/main/examples/weather-forecast
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