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。
- 通过
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。
- 使用
五、注意事项
- 电源供应：LED 点阵在点亮多个 LED 时需要较大的电流，要确保 Arduino 能够提供足够的电源，必要时可以使用外部电源。
- 扫描速度：动态扫描驱动时，扫描速度要合适。速度过快可能导致显示亮度不足，速度过慢则会出现闪烁现象。
- 引脚电平：不同的 LED 点阵模块可能对行引脚和列引脚的电平要求不同，需要根据实际情况调整代码中的高低电平设置。
六、应用拓展
- 滚动显示：通过不断更新显示的点阵数据，可以实现字符或图形的滚动显示效果。
- 动画展示：将多个不同的点阵数据按顺序显示，就能实现简单的动画效果。
- 与传感器结合：结合传感器（如温度传感器、光线传感器等），根据传感器的数据动态改变 LED 点阵的显示内容。
