第1步：兩個(gè)LED

charlieplexing背后的基本思想最好只用兩個(gè)引腳和兩個(gè)LED來(lái)說(shuō)明。隨意使用此SIMULATION - 切換開關(guān)，看看會(huì)發(fā)生什么（模擬中使用的開關(guān)用于將中間引腳連接到+或 - ）。

如果你已經(jīng)完成了模擬游戲，或者你只是想要一種不那么互動(dòng)的學(xué)習(xí)方式，請(qǐng)繼續(xù)閱讀。

與標(biāo)準(zhǔn)燈泡不同，LED僅在一個(gè)方向上傳導(dǎo)電流。這意味著當(dāng)您“正確”連接時(shí)LED將發(fā)光，并在連接“錯(cuò)誤”時(shí)充當(dāng)開路。如果以不同方向并聯(lián)連接兩個(gè)LED，則無(wú)論極性如何，其中一個(gè)LED都會(huì)發(fā)光。要選擇哪個(gè)LED發(fā)光，您可以調(diào)制哪個(gè)引腳為+和哪個(gè) - （圖像2 ）。如果您將booth設(shè)置為+或 - ，則當(dāng)前將無(wú)法流動(dòng)，關(guān)閉兩個(gè)LED（圖像3 ）。

您可能已經(jīng)注意到我只使用了一個(gè)電阻用于兩個(gè)LED。這可以做到，因?yàn)闊o(wú)論極性如何，電都“看到”只有一個(gè)LED。要計(jì)算電阻值，請(qǐng)使用標(biāo)準(zhǔn)公式或使用此在線計(jì)算器。請(qǐng)記住，Arduino的最大電流輸出為40mA（推薦20mA）。

步驟2：三個(gè)LED

用兩個(gè)引腳進(jìn)行查詢是沒用的。它消耗兩個(gè)引腳來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)LED，并取消了同時(shí)打開它們的選項(xiàng)。

幸運(yùn)的是，當(dāng)你添加第三個(gè)引腳時(shí)，它會(huì)好得多。使用三個(gè)引腳進(jìn)行charlieplexing可以控制6個(gè)LED。如果您打算使用SIMULATION進(jìn)行此設(shè)置，請(qǐng)?jiān)陂喿x之前進(jìn)行。

您已經(jīng)看到，只要您翻轉(zhuǎn)一個(gè)開關(guān)，兩個(gè)LED就會(huì)亮起。無(wú)論你做什么，都沒有兩個(gè)LED點(diǎn)亮。這是因?yàn)?和 - 端子之間總是有兩個(gè)LED（圖像2 ）。

此模擬中顯示了此問(wèn)題的解決方案。您將看到唯一的區(qū)別是我添加了三個(gè)斷開終端的交換機(jī)。我再次建議您在閱讀之前先完成模擬。

新增加的開關(guān)的唯一目的是防止不需要的電流流動(dòng)?，F(xiàn)在你可以只打開你想要的LED，但突然間我們看到鬼影。在運(yùn)行于5V的arduino上，當(dāng)使用紅色或綠色LED時(shí)，重影很明顯。這是因?yàn)檫@兩者上的電壓降小于2.5V，因此一些小電流流過(guò)+和 - （圖像3 ）之間的兩個(gè)LED。如果你要在一個(gè)運(yùn)行在3.3伏特上的微控制器上實(shí)現(xiàn)charlieplexing，就不會(huì)出現(xiàn)重影。

現(xiàn)在關(guān)于電阻器的說(shuō)法：Charlieplexing通常使用與用于驅(qū)動(dòng)LED的引腳一樣多的電阻器來(lái)進(jìn)行。每個(gè)電阻的值是以“經(jīng)典”方式驅(qū)動(dòng)單個(gè)LED所需電阻的一半。

最后解決房間里的大象：我在原理圖中使用了三個(gè)符號(hào)：+， - 和x。他們?nèi)绾畏g成arduino？ +和 - 很簡(jiǎn)單。將Arduino的引腳配置為OUTPUT并寫入HIGH（+）或LOW（ - ）。斷開連接（x）狀態(tài)有點(diǎn)不太直觀。如果將引腳配置為INPUT，它將進(jìn)入所謂的高阻抗模式（高阻態(tài)），這意味著電流不能流入或流出該引腳，有點(diǎn)像斷開的引腳。更多關(guān)于我談?wù)揂rduino實(shí)現(xiàn)的步驟。

步驟3：N個(gè)LED

直到現(xiàn)在可以很容易地繪制原理圖而不需要任何交叉線。對(duì)于任何超過(guò)三個(gè)引腳，這是不可能的。

您可以嘗試弄清楚上圖中的電路如何工作，或者您可以嘗試此模擬。請(qǐng)注意，我省略了開關(guān)和Arduino。

您將看到原理圖中的LED（圖像1 ）排列在NxN網(wǎng)格中。省略了灰色的LED，因?yàn)樗鼈儗⑴c陰極和陽(yáng)極連接到相同的引腳。第一行中所有LED的陽(yáng)極（+）連接到pin1，因此第一行中的所有陰極都連接。其他二極管也是如此。

如果你想知道你可以用這種LED安排做什么，不要害怕。這只是一個(gè)原理圖，僅用于簡(jiǎn)單布線。 PCB布局可能非常不同。在這個(gè)模擬中，我采用了與之前完全相同的項(xiàng)目并重新排列LED以形成一個(gè)圓圈（我還更改了代碼，以便LED復(fù)制電位計(jì)的旋轉(zhuǎn)）。查詢復(fù)用的另一個(gè)常見用途是LED立方體 - 6個(gè)引腳允許您驅(qū)動(dòng)30個(gè)LED，足以容納3x3x3立方體，而9個(gè)引腳足以容納4x4x4版本！

步驟4：代碼

在向您展示如何為charlieplexing應(yīng)用程序制作電路之前，我想談?wù)勥@樣的Arduino代碼項(xiàng)目。我將通過(guò)4個(gè)引腳進(jìn)行示例，與上一步中的SIMULATION中使用的代碼相同。隨意玩它，看看會(huì)發(fā)生什么。

如前所述，所有引腳都需要設(shè)置為三種可能狀態(tài)之一：HIGH（+），LOW（ - ）和HIGH-Z（未連接）。前兩個(gè)很容易。將引腳配置為OUTPUT并使用digitalWrite（引腳，狀態(tài)）在HIGH和LOW之間進(jìn)行選擇。 HIGH-Z（高阻抗）稍微不那么直觀，但不再困難。無(wú)論何時(shí)將引腳配置為輸入，它都會(huì)進(jìn)入HIGH-Z模式，這意味著引腳無(wú)法吸收或提供任何電流。

最好通過(guò)定義哪個(gè)Arduino引腳來(lái)啟動(dòng)代碼對(duì)應(yīng)哪個(gè)charlieplexing pin。默認(rèn)情況下，所有引腳都配置為數(shù)字輸入引腳，這意味著它們處于HIGH-Z模式。

接下來(lái)是配置引腳以打開所選LED的功能 - charlieWrite（led）。它首先將所有引腳設(shè)置為HIGH-Z。然后是SWITCH語(yǔ)句，將正確的引腳配置為正確的電平輸出。將引腳配置為數(shù)字輸出時(shí)，默認(rèn)設(shè)置為L(zhǎng)OW，這就是為什么我只將電平值寫入要設(shè)置為HIGH的引腳。

最后要做的是填充SETUP（）和LOOP（）函數(shù)。如果您不需要任何其他功能，SETUP（）可以保留為空，而LOOP（）的內(nèi)容取決于所需的操作模式。

在第一個(gè)DEMO中，代碼設(shè)置為通過(guò)所有帶有for語(yǔ)句的LED并按順序打開它們。

第二個(gè)DEMO更先進(jìn)一點(diǎn)。它經(jīng)歷了所有LED和偽造效應(yīng)，其中任意數(shù)量的LED同時(shí)打開。 LOOP（）首先測(cè)量電位計(jì)值。通過(guò)FOR循環(huán)，將該測(cè)量值與對(duì)應(yīng)于每個(gè)LED的閾值進(jìn)行比較。如果值高于閾值，則LED亮起，否則忽略。無(wú)論發(fā)生什么，都會(huì)調(diào)用相同的delay（）。這可確保LED亮度不會(huì)隨著點(diǎn)亮的LED數(shù)量而變化。請(qǐng)注意，比較“while（micros（） - time 《1000）{}”將是一個(gè)更好的方法，但我不會(huì)折磨模擬器會(huì)好得多。附加的Arduino代碼寫得正確。

步驟5：EAGLE CAD

制作電路。最后。

您可以始終遵循步驟3中的原理圖，并將所有LED和電線放在首選電路CAD程序的原理圖上。這就是我做的方式，直到我想制作一個(gè)240 LED顯示屏（16針）。要放置240個(gè)LED，重命名它們，連接它們。..。..讓我們說(shuō)它會(huì)耗費(fèi)時(shí)間。..。..

幸運(yùn)的是我去了PCB CAD程序，Eagle CAD（免費(fèi)最多2個(gè)）圖層和80cm2區(qū)域以XML格式保存文件。這意味著，我可以使用python幾乎自動(dòng)生成我想要的文件！

我的python代碼生成一個(gè)LED網(wǎng)格以及所有需要的布線。您需要將輸出 .sch 文件放在項(xiàng)目文件夾中，并按照您認(rèn)為合適的方式完成原理圖。您需要至少添加電阻和連接端子。

從那時(shí)起它非常直接。轉(zhuǎn)到電路板編輯器，放置所有組件并激活自動(dòng)路由器：）

Python腳本和支持文件必須在同一個(gè)文件夾中才能工作。您將需要python版本3.x來(lái)運(yùn)行它。該腳本生成一個(gè)“schematic.sch”文件，您可以將其放入您的eagle項(xiàng)目文件夾中。您可以通過(guò)打開python腳本并更改“package”索引來(lái)更改要使用的LED類型（有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱代碼注釋，默認(rèn)為5mm LED）。

我還包括兩個(gè)EAGLE CAD一個(gè)簡(jiǎn)單的charlieplexed時(shí)鐘的文件 - 與我用于解釋如何為一個(gè)charlieplexing工作編程Arduino相同。請(qǐng)隨意查看它們。

第6步：時(shí)鐘

我為12個(gè)LED時(shí)鐘做了模擬，我為12個(gè)LED時(shí)鐘制作了原理圖，我為12個(gè)LED時(shí)鐘制作了一個(gè)PCB文件，然后我制作了驅(qū)動(dòng)12個(gè)LED時(shí)鐘的代碼。如果我沒有完全循環(huán)并制作一個(gè)12 LED時(shí)鐘，那將是一種恥辱，現(xiàn)在不會(huì)這樣：）

我制作PCB有一些問(wèn)題，因?yàn)槲曳浅Ｏ胍眉す馇懈顧C(jī)制作它。最后，我不得不放棄那個(gè)夢(mèng)想，回到可信賴的照片轉(zhuǎn)移。如果您知道使用CO2激光器制作PCB的方法，請(qǐng)?jiān)谠u(píng)論中告訴我，因?yàn)槲椰F(xiàn)在還不想放棄這個(gè)夢(mèng)想。

除此之外，我做了PCB盡可能容易制造。蝕刻銅，鉆孔，修補(bǔ)板的形狀，放在表盤上，最后焊接在LED中（如果你錯(cuò)過(guò)極性，它仍然會(huì)“工作”，不是你想要的），電阻和跳線。請(qǐng)注意，在選擇顏色時(shí)我選擇了紅色和綠色LED，以避免重影效果。

步驟7：備忘單

如前言所述，Charlieplexing允許您僅使用微控制器上的N個(gè)引腳驅(qū)動(dòng)N *（N-1）個(gè)LED。請(qǐng)記住，您總是可以使用更少的。

同時(shí)幾乎點(diǎn)亮的LED數(shù)量受微控制器的限制。您需要每秒至少刷新所有LED 60次。如果您的微控制器沒有足夠的處理能力，那么在更高的LED數(shù)量下您將無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。如果你在低級(jí)別編程，就很難在Arduino上實(shí)現(xiàn)240個(gè)LED（16個(gè)引腳）。

明智地選擇電阻。您將找到LED的最大額定電流。如果您希望它們持續(xù)點(diǎn)亮（不是虛擬），請(qǐng)選擇電阻將電流限制為該值。如果您同時(shí)有多個(gè)點(diǎn)亮，您可以選擇電阻將電流限制在最高40mA（Arduino的限制）。確保刷新周期內(nèi)的平均電流不會(huì)超過(guò)LED的額定值（例如：12個(gè)LED，Imax = 2mA | Ioverclock/12 《2mA ==》 Ioverclock = 24mA）

不要忘記電阻應(yīng)該具有驅(qū)動(dòng)單個(gè)LED的一半電阻，因?yàn)殡娏髁鬟^(guò)兩個(gè)電阻。