作者：Digi-Key 工程师Travis_Foss
查理复用算法（Charlieplexing ），具备控制多个LED的能力，即可以用较少数量的微控制器输出端来控制较多数量的 LED（微控制器输出端少于LED数量）。在1995年，Maxim 公司的 Charles Allen 首次提出这一想法，并命名为 Charlieplexing 。
查理复用算法使用微控制器的所有三种逻辑状态以及LED的单向导电性来控制矩阵。如果你试图显示不同进程的状态，并且不想占用多个微控制器引脚，那么这可能很有用。
以下是一组使用查理复用算法LED的最简单例子。
24052de5be7b9788f15f3ad5f0cbc884add2e718.png
注意，在上面的例子中，它使用了一组互补的 LED。基于 LED 如何允许电流在一个方向流动并阻止电流在另一个方向上流动，它允许我们根据输入/输出的设置来控制两个 LED。要使用此例子，可以通过更改引脚的输出类型来控制具有两个引脚的两个 LED。如果你将引脚2设置为高电平，引脚1设置为低电平，则L1 -LED将点亮。如果将引脚1设置成高电平，而引脚2设置成低电平，那么L2 -LED将会点亮。
以下是如何在 Arduino 设置。
  1. void setup() {
  2.   Serial.begin(9600);
  3.   
  4. }
  6. void loop() {
  7.    pinMode(1,OUTPUT);
  8.    pinMode(2,OUTPUT);
  9.   pinMode(3,INPUT);
  11. digitalWrite(2,HIGH);
  12.   digitalWrite(1,LOW);
  13.   delay(1000);
  15. Serial.println("1");
  17.     pinMode(1,OUTPUT);
  18.    pinMode(2,OUTPUT);
  19.    pinMode(3,INPUT);
  21. digitalWrite(1,HIGH);
  22.   digitalWrite(2,LOW);
  23.   delay(1000);
  25. Serial.println("2");
  26.   
  27. }
现在看这个示意图，你可能会想，“这怎么有用？我们只使用两个引脚控制两个LED。”让我们看看当我们添加第三个引脚时会发生什么。
以下是如何设置3个引脚的LED。
58b20ae352445041d1de88db8695ab314238073b.png
通过此设置可以看到，你可以使用3个引脚控制6个 LED。要在此设置中控制LED，你需要使用微控制器的所有三种状态。如果你想打开L1- LED而不打开其他LED，则必须将引脚2设置为高，将引脚1设置为低，将引脚3设置为输入。引脚3必须设置为输入的原因是将该引脚设置为高阻抗。这基本上从电路上断开了引脚。此外，如果我们将引脚3设置为LOW，LED L4也会亮起。
现在，如果你想打开L2-LED，用户可以将引脚1设置为高，将引脚2设置为低，将引脚3设置为输入。再次注意，如果我们没有将引脚3设置为输入，则L4-LED也将打开。
然后，用户可以完成此过程，直到他们按顺序成功点亮每个LED。
如果你想用 Arduino 编写代码, 下面是一个例子，
  1. void setup() {
  2.   Serial.begin(9600);
  3.   
  4. }
  6. void loop() {
  7.    pinMode(1,OUTPUT);
  8.    pinMode(2,OUTPUT);
  9.   pinMode(3,INPUT);
  11. digitalWrite(2,HIGH);
  12.   digitalWrite(1,LOW);
  13.   delay(1000);
  15. Serial.println("1");
  17.     pinMode(1,OUTPUT);
  18.    pinMode(2,OUTPUT);
  19.    pinMode(3,INPUT);
  21. digitalWrite(1,HIGH);
  22.   digitalWrite(2,LOW);
  23.   delay(1000);
  25. Serial.println("2");
  26.   
  27.    
  28. pinMode(3,OUTPUT);
  29.    pinMode(2,OUTPUT);
  30.      pinMode(1,INPUT);
  32. digitalWrite(3,HIGH);
  33.   digitalWrite(2,LOW);
  34.   delay(1000);
  35.     Serial.println("3");
  36.    
  37.       
  38. pinMode(3,OUTPUT);
  39.    pinMode(2,OUTPUT);
  40.    pinMode(1,INPUT);
  42. digitalWrite(2,HIGH);
  43.   digitalWrite(3,LOW);
  44.   delay(1000);
  45.    
  46. Serial.println("4");
  48.       
  49. pinMode(1,OUTPUT);
  50.    pinMode(3,OUTPUT);
  51.    pinMode(2,INPUT);
  52.   digitalWrite(3,HIGH);
  53.   digitalWrite(1,LOW);
  54.   delay(1000);
  55.    
  56. Serial.println("5");
  58.       
  59. pinMode(1,OUTPUT);
  60.    pinMode(3,OUTPUT);
  61.     pinMode(2,INPUT);
  63. digitalWrite(1,HIGH);
  64.   digitalWrite(3,LOW);
  65.   delay(1000);
  66.    
  67. Serial.println("6");
  68. }
现在我们已经探索了2个引脚和3个引脚，你可以看到查理复用算法如何成为一个有用的工具。让我们再为4个输入引脚进行一次设置。
在我们展示4个输入引脚的设置之前，你能猜出我们能够控制多少个 LED 吗？
通过将要使用的I/O数量乘以相同的I/O数量减1，可以计算出可以控制的LED数量。因此，例如，如果我们想使用4个I/O引脚，我们将该数字乘以3，这将让我们知道，我们可以用4个I/O控制多达12个LED。
以下是如何设置4个 I/O 的 LED。
94a7029a86f78b1834c60312184563ac15c9d717.png
注意，我对这一个连接进行了颜色编码，以使连接更清晰。如你所见，通过在原理图中再添加一个引脚，我们可以再添加 6个 LED。为了控制LED，此设置与3个引脚的工作方式相同，但是，在这种情况下，我们将设置2个引脚作为输入。下面是 Arduino 代码，用于控制所有 12个LED。
  1. void setup() {
  2.   Serial.begin(9600);
  5. }
  7. void loop() {
  8.   pinMode(1, OUTPUT);
  9.   pinMode(2, OUTPUT);
  10.   pinMode(3, INPUT);
  11.   pinMode(4, INPUT);
  12.   digitalWrite(2, HIGH);
  13.   digitalWrite(1, LOW);
  14.   delay(1000);
  16. Serial.println("1");
  18.   pinMode(1, OUTPUT);
  19.   pinMode(2, OUTPUT);
  20.   pinMode(3, INPUT);
  21.   pinMode(4, INPUT);
  22.   digitalWrite(1, HIGH);
  23.   digitalWrite(2, LOW);
  24.   delay(1000);
  26. Serial.println("2");
  28.   pinMode(3, OUTPUT);
  29.   pinMode(2, OUTPUT);
  30.   pinMode(1, INPUT);
  31.   pinMode(4, INPUT);
  32.   digitalWrite(3, HIGH);
  33.   digitalWrite(2, LOW);
  34.   delay(1000);
  36. Serial.println("3");
  38.   pinMode(3, OUTPUT);
  39.   pinMode(2, OUTPUT);
  40.   pinMode(1, INPUT);
  41.   pinMode(4, INPUT);
  42.   digitalWrite(2, HIGH);
  43.   digitalWrite(3, LOW);
  44.   delay(1000);
  46. Serial.println("4");
  48.   pinMode(1, OUTPUT);
  49.   pinMode(3, OUTPUT);
  50.   pinMode(2, INPUT);
  51.   pinMode(4, INPUT);
  52.   digitalWrite(3, HIGH);
  53.   digitalWrite(1, LOW);
  54.   delay(1000);
  56. Serial.println("5");
  58.   pinMode(1, OUTPUT);
  59.   pinMode(3, OUTPUT);
  60.   pinMode(2, INPUT);
  61.   pinMode(4, INPUT);
  62.   digitalWrite(1, HIGH);
  63.   digitalWrite(3, LOW);
  64.   delay(1000);
  66. Serial.println("6");
  68.   pinMode(3, OUTPUT);
  69.   pinMode(4, OUTPUT);
  70.   pinMode(2, INPUT);
  71.   pinMode(1, INPUT);
  72.   digitalWrite(3, HIGH);
  73.   digitalWrite(4, LOW);
  74.   delay(1000);
  76. Serial.println("7");
  78.   pinMode(3, OUTPUT);
  79.   pinMode(4, OUTPUT);
  80.   pinMode(1, INPUT);
  81.   pinMode(2, INPUT);
  82.   digitalWrite(4, HIGH);
  83.   digitalWrite(3, LOW);
  84.   delay(1000);
  86. Serial.println("8");
  88.   pinMode(2, OUTPUT);
  89.   pinMode(4, OUTPUT);
  90.   pinMode(1, INPUT);
  91.   pinMode(3, INPUT);
  92.   digitalWrite(4, HIGH);
  93.   digitalWrite(2, LOW);
  94.   delay(1000);
  96. Serial.println("9");
  98.   pinMode(2, OUTPUT);
  99.   pinMode(4, OUTPUT);
  100.   pinMode(1, INPUT);
  101.   pinMode(3, INPUT);
  102.   digitalWrite(2, HIGH);
  103.   digitalWrite(4, LOW);
  104.   delay(1000);
  106. Serial.println("10");
  108.   pinMode(1, OUTPUT);
  109.   pinMode(4, OUTPUT);
  110.   pinMode(2, INPUT);
  111.   pinMode(3, INPUT);
  112.   digitalWrite(4, HIGH);
  113.   digitalWrite(1, LOW);
  114.   delay(1000);
  116. Serial.println("11");
  118.   pinMode(1, OUTPUT);
  119.   pinMode(4, OUTPUT);
  120.   pinMode(2, INPUT);
  121.   pinMode(3, INPUT);
  122.   digitalWrite(1, HIGH);
  123.   digitalWrite(4, LOW);
  124.   delay(1000);
  126. Serial.println("12");
  127. }
正如你所看到的，如果你 I/O 引脚数量有限，这可能是一个有用的工具。
如果你想看到查理复用算法的其他选项，我看到的使用查理复用算法的最常见项目之一是 LED 立方体。如果你在网上搜索查理复用算法LED立方体，你会看到几个不同的版本。