目录
- 用大量LED显示字符和图像！在电子制作中如何实现？
- 控制多个LED的“动态点亮控制”
- Arduino与点阵LED的接线
- 先了解动态点亮的基本工作
- 通过数组控制LED点亮
- 滑动显示字符使其像电子广告牌一样工作
- 增加LED的数量并进行复杂的控制
用大量LED显示字符和图像！在电子制作中如何实现？
如果您仔细观察街角和车站的电子广告牌，就会发现是通过上面很多呈网格状排列的LED分别点亮来显示字符和图像的。
稍微接触过像Arduino这样的微控制器开发板的人可能会想知道，他们是如何用只有几十个引脚的微控制器来控制几百乃至几千个LED的？
在本文中，我们将介绍使用点阵LED（电子制作中常用的典型电子组件）用很少的引脚控制大量LED的动态点亮控制。
控制多个LED的“动态点亮控制”
动态点亮控制是通过高速切换LED的点亮状态，使其看起来像多个LED同时点亮的一种控制方式。例如，当在1秒内对多个LED的点亮进行几百次切换时，人眼会觉得这些LED是同时点亮的。通过这种点亮控制，就可以用很少的微控制器板引脚控制很多LED。
这种动态点亮控制常用的是点阵LED，即以矩阵状排列多个LED。通过与动态点亮控制相结合，只需很少的布线即可实现各种LED点亮模式。
Arduino与点阵LED的接线
这次我们将介绍在电子制作中经常使用的8列x8行共64个LED的点阵LED的使用方法。这个点阵LED的布线包括列和行在内只有16根线。
本次使用的矩阵LED OSL641501-AG的内部布线图。虽有64个LED，但实际布线只有16根。
点阵LED没有用来限制电流的电阻器。我们一边查看技术规格书，一边将8个电阻分别连接到阳极侧或阴极侧吧。电阻值由Arduino的数字输入输出引脚的电压（5V）、LED固有的正向压降（VF）和LED的亮度（电流）决定。但是，请注意Arduino对可从引脚获取的电流值是有限制的。电阻器连接到阳极侧或阴极侧都可以。
这次Arduino Uno和点阵LED的接线电路图。线比较多，所以电路看起来比较复杂，但未必一定要采用这种接线方式。只需要把握LED的阳极侧和阴极侧即可，布线的差异可以通过草图吸收。
使用Arduino Uno时，布线请避免使用草图写入用的数字0,1（TX、RX）引脚和连接着内置LED的数字13引脚。虽然数字引脚不足，但可将模拟引脚A0～A5分别用作数字引脚D14～D19，这样就足够连接16个引脚。先了解动态点亮的基本工作
点阵LED接线完成后，需要编写一个草图。首先，需要让点阵LED的所有LED点亮。方法是让1行中的所有LED点亮，并快速切换列，使其看起来像所有LED都点亮了。
//矩阵LED引脚顺序int anode[8] = { 15, 4, 5, 11, 7, 12, 17, 18 }; int cathode[8] = { 10, 16, 9, 14, 2, 8, 3, 6 }; void setup() { //引脚初始化 for ( int i = 0; i < 8; ++i ) { pinMode( anode[i], OUTPUT ); digitalWrite( anode[i], LOW ); } for ( int i = 0; i < 8; ++i ) { pinMode( cathode[i], OUTPUT ); digitalWrite( cathode[i], HIGH ); } } void loop() { for ( int i = 0; i < 8; ++i ) { digitalWrite( cathode[i], LOW ); for ( int j = 0; j < 8; ++j ) { digitalWrite( anode[j], HIGH ); } //delay(100); for ( int j = 0; j < 8; j++ ) { digitalWrite( anode[j], LOW ); } digitalWrite( cathode[i], HIGH ); } }
复制代码在最开始的anode数组和cathode数组中，分别输入了矩阵LED引脚和Arduino引脚的接线信息。在anode数组中，依次输入了矩阵LED列的引脚。在cathode数组中，依次输入了矩阵LED行的引脚。我们要注意的是，确保所连接的Arduino引脚按照矩阵LED的行列编号顺序保存在数组中。
在接下来的setup函数中，为了定义Arduino中使用的引脚的状态，使用anode和cathode数组以及for语句对每个引脚逐一进行了初始化。
矩阵LED的点亮状态由loop函数控制。如果使用双重for循环语句，将会干净利落地实现矩阵LED的点亮。
在外侧for语句中，将要点亮的行的cathode侧设置为LOW，以便使电流流过整个行。之后，通过内侧for语句按顺序指定要点亮的列。这次需要将所有列的LED都点亮，因此将anode侧全部设置为HIGH。当这些处理完成后，1整行的灯都会亮起。通过对所有的行快速重复该动作，使人看起来好像所有的LED都同时亮起了。
如果启用第29行注释的delay函数，应该可以看到是如何逐行切换显示的。综上所述，我们已经了解了动态点亮是通过快速切换LED的ON/OFF实现看起来像多个LED同时点亮的一种方式。
matrix led 07通过数组控制LED点亮
至此，您应该已经了解了点阵LED的控制机制。然而，仅仅点亮LED是不够的，我们需要让LED的点亮状态能够自由切换！在这次的案例中，我们尝试使之显示DEVICE PLUS的一个字母“D”。
由于LED的ON/OFF控制只需要0和1的数据（boolean型）即可，因此我们使用如下所示的数组来定义字母“D”的点亮数据。我们设要点亮的LED为“1”，要熄灭的LED为“0”，并以点图的方式来定义数组。由于我们使用的是8×8点阵，因此数组也是8×8。
boolean matrix[8][8] = { { 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 }, { 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0 }, { 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0 }, { 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0 }, { 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0 }, { 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0 }, { 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0 }, { 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 } };
复制代码digitalWrite( anode[j], HIGH );↓ digitalWrite( anode[j], matrix[i][j] ) 反映了这些更改的草图如下： //矩阵LED引脚顺序 int anode[8] = { 15, 4, 5, 11, 7, 12, 17, 18 }; int cathode[8] = { 10, 16, 9, 14, 2, 8, 3, 6 }; void setup() { //引脚初始化 for ( int i = 0; i < 8; ++i ) { pinMode( anode[i], OUTPUT ); digitalWrite( anode[i], LOW ); } for ( int i = 0; i < 8; ++i ) { pinMode( cathode[i], OUTPUT ); digitalWrite( cathode[i], HIGH ); } } boolean matrix[8][8] = { { 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 }, { 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0 }, { 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0 }, { 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0 }, { 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0 }, { 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0 }, { 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0 }, { 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 } }; void loop() { // 字符数据的输出处理 for ( int i = 0; i < 8; i++ ) { digitalWrite( cathode[i], LOW ); for ( int j = 0; j < 8; j++ ) { digitalWrite( anode[j], matrix[i][j] ); } //delay(50); for ( int j = 0; j < 8; j++ ) { digitalWrite( anode[j], LOW ); } digitalWrite( cathode[i], HIGH ); } }
复制代码草图的处理很简单，即分别读取数组中的“0”和“1”，并控制相应位置的LED的点亮状态。也就是说，只要能够这样读取数组，就可以自由自在地控制LED的点亮状态了。
至此，您应该已经了解了点阵LED的动态点亮控制机制。
滑动显示字符使其像电子广告牌一样工作
当您能够自由自在地控制点阵LED后，接下来可能就会想要实现像电子广告牌一样的效果了。当然，只要您能使用点阵LED和Arduino，就可以切换点亮状态下的显示状态，也可以实现像电子广告牌一样滚动，但这里需要一些草图技巧。
例如，如何才能在进行动态点亮控制的同时使字符以1秒为单位滚动？在这里，如果使用LED闪烁中经常使用的delay函数，微控制器就会停止，动态点亮控制也会停止，无法显示字符。
要想不间断地控制LED，就需要考虑怎样处理才能使微控制器不会停动。而且，要想像电子广告牌那样显示很多字符时，还需要很多数组数据，并需要考虑如何从这些数组中提取要显示的部分。
因此，为了避免微控制器停动，这次我们将添加一个处理：使用millis函数检测经过的时间，同时滚动字符。
if (tm + SCROLL_TIME <= millis()) { for (int i = 0; i < 8 ; i++) { for (int j = 0; j < 8 ; j++) { matrix[i][j] = matrix_data[i][j + slide]; } } //滑动保存位置，到达终点时返回起点 if (slide < 49) { ++slide; } else { slide = 0; } //重新检测经过的时间 tm = millis(); }
复制代码boolean matrix_data[8][57] = { { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0 } };
复制代码//矩阵LED引脚顺序int anode[8] = { 15, 4, 5, 11, 7, 12, 17, 18 }; int cathode[8] = { 10, 16, 9, 14, 2, 8, 3, 6 }; //字符数据 boolean matrix_data[8][57] = { { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1 }, { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0 } }; boolean matrix[8][8] = {}; //输出用的数组变量 int slide = 0; unsigned long tm = 0; //滚动时间 #define SCROLL_TIME 90 //毫秒 void setup() { //引脚初始化 for ( int i = 0; i < 8; ++i ) { pinMode( anode[i], OUTPUT ); digitalWrite( anode[i], LOW ); } for ( int i = 0; i < 8; ++i ) { pinMode( cathode[i], OUTPUT ); digitalWrite( cathode[i], HIGH ); } // 将输出用的数组初始化 for (int i = 0; i < 8 ; ++i) { for (int j = 0; j < 8 ; ++j) { matrix[i][j] = 0; } } //保存初始经过时间 tm = millis(); } void loop() { //按照每个经过时间将字符数据保存在输出用的数组中 if (tm + SCROLL_TIME <= millis()) { for (int i = 0; i < 8 ; i++) { for (int j = 0; j < 8 ; j++) { matrix[i][j] = matrix_data[i][j + slide]; } } //滑动保存位置，到达终点时返回起点 if (slide < 49) { ++slide; } else { slide = 0; } //重新检测经过的时间 tm = millis(); } // 字符数据的输出处理 for ( int i = 0; i < 8; i++ ) { digitalWrite( cathode[i], LOW ); for ( int j = 0; j < 8; j++ ) { digitalWrite( anode[j], matrix[i][j] ); } //delay(50); for ( int j = 0; j < 8; j++ ) { digitalWrite( anode[j], LOW ); } digitalWrite( cathode[i], HIGH ); } }
复制代码增加LED的数量并进行复杂的控制
在使用Arduino直接控制点阵LED的方法中，最大可以控制8×8的点阵LED，这是极限。如果想要控制更大的点阵LED，需要使用专用IC进行通信控制，或使用外部存储器。
乍一看很简单，其实点阵LED是一种比较复杂深奥的电子组件。要想很好地使用它，需要掌握电子元器件和微控制器技术。
处理点阵的技术也可以应用在其他电子元器件上，因此点阵LED可能是非常适合用来学习的电子组件。
无论是用于电子制作还是用来学习，鉴于它是一种很易于买到的电子产品，在购买Arduino时把点阵LED也一起买下来，可能是个不错的选择。
来源：/techclass.rohm
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