Arduino 第十四章：led点阵

Arduino 第十三章：LED 点阵

一、LED 点阵概述

LED 点阵是由多个发光二极管（LED）按照矩阵形式排列组成的显示设备，常见的有 8x8、16x16 等规格。它可以用来显示字符、数字、简单图形以及动画等信息，在信息展示、广告屏、电子时钟等领域应用广泛。通过控制每个 LED 的亮灭状态，就能组合出各种不同的显示效果。

二、工作原理

（一）结构组成

LED 点阵通常由行线和列线组成，每个 LED 位于行线和列线的交叉点上。当对应的行线和列线加上合适的电压时，该交叉点的 LED 就会点亮。例如，在一个 8x8 的 LED 点阵中，有 8 条行线和 8 条列线，总共 64 个 LED。

（二）驱动方式

LED 点阵的驱动方式主要有静态驱动和动态扫描驱动两种。

静态驱动：给每个 LED 提供独立的驱动电路，使其持续发光。这种方式的优点是显示稳定、亮度高，但需要大量的驱动电路，成本较高，适用于小规模的点阵显示。
动态扫描驱动：逐行或逐列地依次点亮 LED，利用人眼的视觉暂留效应，让人感觉整个点阵都在同时发光。这种方式可以减少驱动电路的数量，降低成本，是最常用的驱动方式。

三、硬件连接

（一）所需材料

Arduino 开发板（如 Arduino Uno）
8x8 LED 点阵模块
杜邦线若干

（二）引脚说明

8x8 LED 点阵模块一般有 16 个引脚，8 个行引脚和 8 个列引脚。不同模块的引脚排列可能不同，需要参考模块的说明书来确定。

（三）连接方式

以动态扫描驱动为例，将 8 个行引脚分别连接到 Arduino 的 8 个数字引脚（如引脚 2 - 9），8 个列引脚分别连接到 Arduino 的另外 8 个数字引脚（如引脚 10 - 17）。

（四）连接图

          +5V (Arduino)
           |
           |
       [VCC] (LED Matrix)
       [Row 1] ---- Digital Pin 2 (Arduino)
       [Row 2] ---- Digital Pin 3 (Arduino)
       [Row 3] ---- Digital Pin 4 (Arduino)
       [Row 4] ---- Digital Pin 5 (Arduino)
       [Row 5] ---- Digital Pin 6 (Arduino)
       [Row 6] ---- Digital Pin 7 (Arduino)
       [Row 7] ---- Digital Pin 8 (Arduino)
       [Row 8] ---- Digital Pin 9 (Arduino)
       [Col 1] ---- Digital Pin 10 (Arduino)
       [Col 2] ---- Digital Pin 11 (Arduino)
       [Col 3] ---- Digital Pin 12 (Arduino)
       [Col 4] ---- Digital Pin 13 (Arduino)
       [Col 5] ---- Digital Pin A0 (Arduino)
       [Col 6] ---- Digital Pin A1 (Arduino)
       [Col 7] ---- Digital Pin A2 (Arduino)
       [Col 8] ---- Digital Pin A3 (Arduino)
       [GND] ---- GND (Arduino)

四、代码实现

（一）显示静态字符示例

// 定义行引脚
const int rowPins[8] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
// 定义列引脚
const int colPins[8] = {10, 11, 12, 13, A0, A1, A2, A3};

// 字符 'A' 的点阵数据
byte letterA[8] = {
  B00111100,
  B01000010,
  B01000010,
  B01111110,
  B01000010,
  B01000010,
  B01000010,
  B00000000
};

void setup() {
  // 设置行引脚为输出模式
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    pinMode(rowPins[i], OUTPUT);
  }
  // 设置列引脚为输出模式
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    pinMode(colPins[i], OUTPUT);
  }
}

void loop() {
  // 逐列扫描显示字符
  for (int col = 0; col < 8; col++) {
    // 选通当前列
    digitalWrite(colPins[col], LOW);
    for (int row = 0; row < 8; row++) {
      // 根据点阵数据设置行引脚状态
      if (bitRead(letterA[row], col)) {
        digitalWrite(rowPins[row], HIGH);
      } else {
        digitalWrite(rowPins[row], LOW);
      }
    }
    // 短暂延时
    delay(1);
    // 关闭当前列
    digitalWrite(colPins[col], HIGH);
  }
}

（二）代码解释

引脚定义：
- const int rowPins[8] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};：定义 8 个行引脚连接到 Arduino 的数字引脚 2 - 9。
- const int colPins[8] = {10, 11, 12, 13, A0, A1, A2, A3};：定义 8 个列引脚连接到 Arduino 的数字引脚 10 - 13 和模拟引脚 A0 - A3。
点阵数据：
- byte letterA[8]：定义字符 ‘A’ 的点阵数据，每个字节代表一行的 LED 状态，1 表示点亮，0 表示熄灭。
setup() 函数：
- 通过 pinMode() 函数将行引脚和列引脚都设置为输出模式。
loop() 函数：
- 使用 for 循环逐列扫描显示字符。
- digitalWrite(colPins[col], LOW);：选通当前列。
- 通过 bitRead() 函数读取点阵数据中对应位的值，根据该值设置行引脚的状态。
- delay(1);：短暂延时，利用视觉暂留效应。
- digitalWrite(colPins[col], HIGH);：关闭当前列。