Arduino 驱动LED显示屏

起因

现有的驱动LED显示屏的资料，比较好的只有这个。但是它驱动的是08接口的室内显示屏，而我要驱动的是12接口的户外显示屏。两种屏幕的区别在于户外屏幕点阵比较稀疏，而且二者的扫描方式，驱动方式都不太一样。我花了一个下午才摸索出了它的使用方式，因此分享给大家，希望大家不必再绕弯路。

材料准备

• 12接口（户外）LED单元板一块：比如我是从[这里]买的，大家搜索“半户外 LED 单元板”就可以了。我的板是16x32大小。
• Arduino Uno一块
• 5V电源一个（比如充电宝、给手机充电的头）

硬件搭建

1.显示屏电源的焊接

LED单元板使用的是5V的电源，但是它只提供了两个旋螺丝的地方供接电源。因此我们要进行如下焊接：USB公头的+,-接到导线的+,-。这样之后USB直接插入手机充电器/充电宝，导线链接到显示屏的电源上。

2.Arduino与显示屏的连接

首先我们要知道12接口每个引脚的定义：

• N：表示没有任何用
• A,B,C,D：行选择。由于我们是16x32的板，所以只会用到A,B（也就是0～3），至于为什么等到后面再说
• OE：使能。如果是高电平则屏幕会亮，低电平则强制所有灯都灭
• GND：地。（这些引脚中没有VCC脚...我也不知道为啥它能正常工作）
• CLK，HS，R：就是74HC595中的SHCP，STCP，DS。具体自行学习595芯片。
• G：本来指绿色，我们因为是单色所以没用。

接下来就是把它们连接到Arduino的引脚上了。我的库的默认设置如下：

const int A=2,const int B=3,const int CLK=12,const int STB=10,const int R=11,const int OE=9

当然，你也可以在库初始化的时候修改。

软件搭建

1.库的代码

我自己写了一个库，代码如下：

#include <Arduino.h>
#include "DotMatrix.h"

class LEDScreenHelper {
public:
    LEDScreenHelper(const int WIDTH=32,
            const int A=2,const int B=3,const int CLK=12,
            const int STB=10,const int R=11,const int OE=9):
            HEIGHT(16),WIDTH(WIDTH),A(A),B(B),SHCP(CLK),STCP(STB),DS(R),OE(OE){}
    
    void setup(){
        pinMode(A,OUTPUT);
        pinMode(B,OUTPUT);
        pinMode(STCP,OUTPUT);
        pinMode(SHCP,OUTPUT);
        pinMode(DS,OUTPUT);
        pinMode(OE,OUTPUT);
    }
    
    void setRow(byte row){
        digitalWrite(A,row&0x01);
        digitalWrite(B,row&0x02);
    }
    
    void sendColData(byte data){
        for(int i = 0;i<8;++i){
            digitalWrite(DS,(data&0x80));
            data<<=1;
            digitalWrite(SHCP,0);
            digitalWrite(SHCP,1);
        }
    }
    
    void setOE(bool enable){
        digitalWrite(OE, enable);
    }
    
    void display(DotMatrix &data){
        for(int row = 0;row<4;++row){
            digitalWrite(OE,0);
            for(int col = 0;col<WIDTH/2;++col){
                byte val = data.get((12-((col&3)<<2)+row),(col>>2));
                sendColData(~val);
            }
            setRow(row);
            digitalWrite(STCP,0);
            digitalWrite(STCP,1);
            digitalWrite(OE,1);
        }
        digitalWrite(OE,0);
    }
    
private:
    const int HEIGHT,WIDTH;
    const int A,B,SHCP,STCP,DS,OE;
};

其中需要#include "DotMatrix.h"如下：

#ifndef DOT_MATRIX
#define DOT_MATRIX

typedef unsigned char uchar;
#define THROW(str) ;

#define BYTE_LEN 8
#define CHECK_VAR(i,j) if((i)<0||(j)<0||(i)>=height||(j)>=width)THROW("Index out of Bound")
#define POS(matrix,i,j) (*((matrix) + (i) * (width) + (j)))
#define POS_BIT_GET(matrix,i,j) (POS((matrix),(i),(j)/BYTE_LEN) & (1<<(BYTE_LEN-(j)%BYTE_LEN-1)))
#define POS_BIT_SET_TRUE(matrix,i,j) (POS((matrix),(i),(j)/BYTE_LEN) |= (1<<(BYTE_LEN-(j)%BYTE_LEN-1)))
#define POS_BIT_SET_FALSE(matrix,i,j) (POS((matrix),(i),(j)/BYTE_LEN) &= (0xFF ^ (1<<(BYTE_LEN-(j)%BYTE_LEN-1))))
#define POS_BIT_SET(m,i,j,b) ((b)!=0)?POS_BIT_SET_TRUE((m),(i),(j)):POS_BIT_SET_FALSE((m),(i),(j))

/**
 * Remember: This class will only use `matrix` but NOT DELETE it
 */
class DotMatrix {
public:
    DotMatrix(int w,int h,uchar *matrix, bool isNowClearMatrix=true):
            width(w),height(h),matrix(matrix){
        if(isNowClearMatrix)clearData();
    }
    DotMatrix(const DotMatrix &src){
        Serial.println("DotMatrix copy construction - please avoid");
        width = src.width;
        height = src.height;
        matrix = src.matrix;
    }
    ~DotMatrix(){}

    void clearData(){
        memset(matrix,0,width*height*1);
    }

    inline void set(int i,int j,uchar val){
        CHECK_VAR(i,j);
        POS(matrix,i,j) = val;
    }

    inline uchar get(int i,int j){
        CHECK_VAR(i,j);
        return POS(matrix,i,j);
    }

    inline void setBit(int i,int jBit, bool b){
        CHECK_VAR(i,jBit/8);
        POS_BIT_SET(matrix,i,jBit,b);
    }

    inline bool getBit(int i,int jBit){
        CHECK_VAR(i,jBit/8);
        return POS_BIT_GET(matrix,i,jBit);
    }

    void fillTo(DotMatrix &fillTo, int xOffset, int yOffset, int scale){
        this->fillTo(fillTo,xOffset,yOffset,scale,scale,0,0,width*BYTE_LEN,height);
    }

    /**
     * fill the rect [xSrcBeg,ySrcBeg,xSrcEnd,ySrcEnd] to `fillTo` by the `offset` and `scale`
     * @param The things by **bit**
     */
    void fillTo(DotMatrix &fillTo, int xOffset, int yOffset, int xScale, int yScale,
            int xSrcBeg, int ySrcBeg, int xSrcEnd, int ySrcEnd) {
        for(int i = ySrcBeg;i<ySrcEnd;++i){
            for(int j = xSrcBeg;j<xSrcEnd;++j){
                for(int ii=0;ii<yScale;++ii){
                    for(int jj=0;jj<xScale;++jj){
                        //VAR_DUMP_INLINE(i);VAR_DUMP_INLINE(j);VAR_DUMP_INLINE(ii);VAR_DUMP(jj);
                        fillTo.setBit(yOffset+(i-ySrcBeg)*yScale+ii, xOffset+(j-xSrcBeg)*xScale+jj, POS_BIT_GET(matrix,i,j));
                    }
                }
            }
        }
    }

    void print(){
        for(int i = 0;i<height;++i){
            for(int j = 0;j<width;++j){
                for(int k = 7;k>=0;--k){
                    Serial.print((get(i,j) & (1<<k))!=0);
                }
                Serial.print(" ");
            }
            Serial.println(" ");
        }
        Serial.flush();
    }

    int getWidth(){
        return width;
    }

    int getHeight(){
        return height;
    }

    uchar *getMatrix(){
        return matrix;
    }
private:
    int width,height;
    uchar *matrix;
private:
    friend class DisplayHelper;
};
#undef BYTE_LEN
#undef POS
#undef POS_BIT

#endif

解释一下，DotMatrix这个类是一个二维矩阵的操作类，只要给它一个一维数组作为存储空间，它就可以模拟出一个二维的数组。这样可以减少Arduino上的内存分配与销毁。

2.库的使用

#include <Arduino.h>
#include "LEDScreenHelper.h"

LEDScreenHelper helper;
unsigned char data[4*16];
DotMatrix matrix(4,16,data);

void setup(){
    helper.setup();
    for(int i = 0;i<16;++i){
        for(int j = 0;j<4;++j){
            matrix.set(i,j,i+j*16);
        }
    }
}

void loop(){
    helper.display(matrix);
}

例程如上。它的效果是把屏幕想象成一个左上角为(0,0)的坐标系，然后8个点（1byte）看成一块，每一块的0-3bit表示y坐标，4-5bit表示j坐标。

效果如下：

原理

LED显示屏的原理答大体如下：首先对于一“行”，使用74HC595进行点亮，因此可以做到锁存之类。接下来，通过不停地切换“行选择”来达到点亮每一行的效果。从这个原理可以看出，我们的代码必须不停地对显示屏进行输出，否则最多只有一行会正常显示，其它全部会暗掉。

注意事项

1、如果就驱动那一块单元板，不需要买40块那种的开关电源！就算你要买，也先问清楚怎么和220V接，貌似要自己搞连接线。

2、程序中不要让它一直亮着，而要让大部分时间内OE=0，也就是不亮。这样子相当于PWM，能够让它的功耗降低，从而5V 2A的电源才足够。

3、貌似显示屏的电源不接也可以，接了会更亮一点；貌似显示屏电源和Arduino电源不共地也可以，虽然有人说要共地，有人甚至说要同一个电源。这个我不知道到底要怎么做，有知道的人麻烦告诉我一下，谢谢