从Arduino获取大量（〜100）数字输出信号

我希望能够使用Arduino控制约100个独立的LED。问题在于Arduino没有足够的引脚可以为此配置。解决这个问题的方法是什么？是否有芯片可以对来自Arduino的更复杂的信号进行解复用，然后可以控制LED？还是有其他解决方案？

首先，Arduino无法直接驱动100个LED，因为设备必须提供或吸收的总电流将远远超过微控制器和Arduino板上的稳压器。不过，具有自己的电源和调节功能的定制Arduino Shield可能很合适。

有几种简单的方法，最简单的方法如下：

• TLC5940恒流LED驱动器，采用级联配置：

TLC5940每个IC可驱动16个LED，并通过SPI接口的微小变化通过串行输入进行控制。最多可以级联40个TLC5940器件，但是其中7个足以驱动问题中的100个LED。

有至少一对的Arduino的文库（1，2）为TLC5940。

建议从Arduino发送的时钟速率以及相应的刷新速率：

• 1 MHz GSClk在此线程中使用代码。
• 330 KHz SCLK（串行数据时钟）
• 因此，LED数据刷新率244 Hz

这基于数据表中的公式：

f（GSCLK）= 4096 * f（更新）
f（SCLK）= 193 * f（更新）* n
其中：
f（GSCLK）：GSCLK所需的最小频率
f（SCLK）：SCLK和SIN所需的最小频率
f（更新）：整个级联系统的更新率
n：TLC5940设备的级联数量

TLC5940是一个恒定电流吸收器，因此LED的阳极将被连接到一个比LED Vf高几伏或大约7伏（以较低者为准）的电压，而与Arduino的电源引脚无关。该电压源必须能够提供100 *（无论以什么电流运行LED），但可以是不受调节的电源。

LED阴极进入各自的TLC5940 IC的驱动线。

TLC5940本身在数据写入期间每台设备最多消耗Icc = 60 mA，因此无法从Arduino给其中的7个供电，它需要提供一个独立的3.3至5伏稳压Vcc，理想情况下与该值相同。当然，使用的是Arduino的Vcc，地面走线需要连接回Arduino的地面。在与Arduino不同的电压下操作TLC部件将需要串行信号的电平转换，因此最好避免。

一些YouTube视频演示了如何将Arduino与级联的TLC5940 IC一起使用。

• MAX7219（串行）/ MAX7221（SPI） 8位LED显示驱动器：

尽管这些IC是为驱动7段数字LED显示器而设计的，但它们提供了单独的LED控制，因此每个IC最多可用于64个LED。它们中的两个可以级联以驱动所需的100个LED。数据表的第13页显示了级联配置。

对于此设计，LED将必须作为多达8个LED的组进行电连接，每个LED共享一条阴极线（共阴极）。

MAX7219 / 7221是多路复用的LED驱动器，因此，如上一节所述，LED的最大亮度将低于静态LED驱动器。

这是一个有用的LED矩阵库，以及使用MAX7219的指南。

一些相关的YouTube视频（1，2）可能会感兴趣。

• Charlieplexing： SPI LED驱动器，MAX6950 / MAX6951

同样，这些IC是为驱动7段数字LED显示器而设计的，它们提供独立的LED控制，因此每个IC最多可用于40/64个LED。其中的两个/三个可以连接到Arduino SPI总线上，以驱动所需的100个LED。

设计说明与上一节相同。同样，单个LED的最大亮度将低于MAX7219的直接多重设计。

可能有一些YouTube视频很有趣。

• 分立元件设计，移位寄存器，IO扩展器，带有独立控制器的可切割LED灯带，以及更多...

这些都是在不同程度的简单性和成功度下使用的方法。它们比上述3种方法更为复杂，因此不再赘述。如果需要，在网络上搜索将为这些方法提供有用的指南。

这种设计的一个主要刺激因素是在每个LED或LED串上都需要电流控制电阻。专为LED驱动设计的设备通常不需要此功能。

对于最后一组选项，我没有亲身经验，因此无济于事。

脚注：回答此问题后，我发现了一个较旧的问题，该问题的答案在我的上一节中详细讨论了几种方法。该线程使有趣的“作为家庭作业的进一步阅读”。