仅用几个引脚就能如何控制许多LED？

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我正在使用具有6针I / O的Atmel ATtiny13。我想控制约15个LED，但不确定如何连接所有组件。如果没有任何形式的多路复用，似乎我一次只能控制6个LED。由于微控制器的尺寸，我是否仅限于6个LED？

microcontroller led multiplexer

— 耶尔顿
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我没看过可能重复：electronics.stackexchange.com/questions/9860/...

— 丹尼尔·格里洛

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不要忘记将您的选择与购买稍微细微的微控制器的成本进行比较。还应注意每个端口和总电流限制。

— joeforker 2011年

不久前我开始使用micros时，我希望这个问题很容易找到，并提供清晰的答案。我设法学习了charlieplexing并成功实现了它，但是我想在这里以出色的SE社区答案重新创建问题。

— JYelton 2011年

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@joeforker是的，考虑到我的项目是一次性的，具有更多引脚的微型麦克风的成本非常低。我曾想过要使用一个带有20个IO引脚的微型芯片来完成这项工作，但是我的目标之一是缩小电路板的面积。此外，真棒形容词pinnier！

— JYelton 2011年

重复：electronics.stackexchange.com/questions/1609/...

— mjh2007

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有几种方法可用于通过几个IO引脚驱动大量LED。

最简单的是标准的行/列显示多路复用。使用这种技术，您可以通过 IO引脚驱动 LED 。从数学上讲，占空比为： $( n / 2 )^2$ $n$

\frac{1}{m i n i m u m (unique row patterns, unique column patterns)}

$\frac{1}{minimum(\text{unique row patterns, unique column patterns})}$

这意味着，当所有LED都点亮（或所有行或所有列都相同）时，此技术的占空比为100％，占空比为 $1 / n$ 对角线需要点亮（或所有行均不同）。仅在点亮每个LED或一个LED（或零个LED，但这并不是很重要）时，才保证100％的占空比。

Charlieplexing稍微复杂一些。使用这种技术，您可以通过 IO引脚驱动 LED 。只有的LED可以同时使用这种技术点亮。从数学上讲，占空比为： $n^2 - n$ $n$ $n - 1$

\frac{1}{minimum simultaneous sets}

$\frac{1}{\text{minimum simultaneous sets}}$

$1 / n$

我要提到的最后一种方法是使用移位寄存器或IO扩展器。通过两个引脚（原始数据/时钟接口，I2C或单向SPI），您可以控制任意数量的LED。任何图案的占空比均为100％，但更新速率与LED数量成反比。这是最昂贵的方法。对于15个LED，仅升级到具有这么多IO引脚的微型灯可能会更便宜。

— 凯文·维米尔（Kevin Vermeer）
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+1用于说明占空比方面的内容。在关于Charlieplexing的第二句话中，您的意思是“ 用n个 IO引脚驱动n ^ 2-n LED吗？”

— JYelton 2011年

如果仅从每一行中省略一个光，则Charlieplexing可以与复用非常相似地完成。实际上，有可能通过增加一个二极管来“恢复”光线，尽管除非列驱动器是恒定电流输出，否则使其与其他驱动器的亮度匹配可能很困难。

— 超级猫

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$n \times (n-1)$ $n$

范例：

3个引脚上的六个LED：

PINS        LEDS
0 1 2   1 2 3 4 5 6
0 0 0   0 0 0 0 0 0
0 1 Z   1 0 0 0 0 0
1 0 Z   0 1 0 0 0 0
Z 0 1   0 0 1 0 0 0
Z 1 0   0 0 0 1 0 0
0 Z 1   0 0 0 0 1 0
1 Z 0   0 0 0 0 0 1
0 0 1   0 0 1 0 1 0
0 1 0   1 0 0 1 0 0
0 1 1   1 0 0 0 1 0
1 0 0   0 1 0 0 0 1
1 0 1   0 1 1 0 0 0
1 1 0   0 0 0 1 0 1
1 1 1   0 0 0 0 0 0

具有3个输出引脚的Charlieplexing原理图

— 丹尼尔·格里洛
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感谢您提供输出引脚数据集以及有用的原理图。

— JYelton 2011年

1

绘制原理图的另一种方法是使用NxN网格，但仅驱动列，并用行列短裤代替主对角线。

— 超级猫

意味着我不能一次打开所有这些？这是否意味着如果我想一次打开所有的灯，我必须做很多时间上的工作来愚弄眼睛？

— MaNyYaCk

@MaNyYaCk是的。你是对的。

— 丹尼尔·格里洛

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如果没有多路复用（直接驱动），则只能有6个LED。

通过charlieplexing，您可以从n个引脚驱动n *（n-1）个LED。

使用I / O扩展器或移位寄存器，您可以驱动几乎无限数量的LED。
示例：MCP23008 8位I2C I / O扩展器

— mjh2007
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您能否详细说明I / O扩展器是什么？

— JYelton 2011年

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I / O扩展器是包含I / O引脚和寄存器的外部芯片。您可以使用I2C或SPI等标准通信总线与它们进行通信。

— mjh2007 2011年

+1您可以使用TI的TLC594（focus.ti.com/lit/ds/symlink/tlc5940.pdf）驱动很多LED ，但是对于许多工作而言，这可能会显得过高。search.digikey.com/scripts/DkSearch/...

— 肯尼

谢谢-我应该设计一个使用I / O扩展器的项目，以迫使我了解它们的用法。

— JYelton 2011年

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正如@ mjh2007建议使用I2C扩展器。但是有些驱动LED可以避免使用外部限流电阻。

— 布莱恩·卡尔顿
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这是我构建的charlieplexing的示例。

这是一个灯塔光束模拟器，使用一系列与12个LED灯串并与4个GPIO交错的灯来扫描光盘周围的光束。这里有一个录像带。

该项目基于PIC，我使用的PIC12f683也是8pin uP，可以认为与8pin AVR相当。

LED的强度由中断驱动，该中断在60Hz左右提供32阶PWM。一次只能允许两个LED点亮，每个LED的占空比为50％，这是我所需要的。它还可以很好地权衡PWM刷新率与分辨率。

如果坚持“经典”方法，即在任何时间点仅以非常快的刷新率点亮单个LED，则使用charlieplexing的编码实际上非常简单。我先在纸上计算出所需的PORT和TRIS（图形专用寄存器），然后将结果存储在静态数组中。要点亮LED x，PIC只需在阵列的index [x]处查找值，然后将其直接写入PORT（稍加掩盖即可保留charliplex中未使用的其他引脚的状态）

我的项目只有12个LED而不是15个LED，或者5个GPIO允许的最大20个LED，因为我想保留一个GPIO备用用于将来的开发。

无论如何...我只是想拥有一个与您的要求相似的工作示例可能会有所帮助。

完整的源代码和原理图可在我的博客上找到。

— 马特·凯西（Matt Casey）
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另一种选择是使用Neopixel LED。它们具有内置的控制IC，您只需要一个引脚即可控制尽可能多的LED。当然，您将需要一个足够的独立LED电源。

— 必需品
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