MicroPython-On-ESP8266——8x8LED点阵模块（1）驱动原理

MicroPython-On-ESP8266——8x8LED点阵模块（1）驱动原理

1. 8x8LED点阵模块介绍

1.1. 显示模块的升级

之前已经试过点亮8段数码管，并能够使用两片HC595芯片来驱动数码管。今天我又找来了一个8x8点阵LED屏，下面分析一下这个屏幕并尝试点亮它。

首先大家要建立一个概念，这个8x8点阵，其实根8个数码管是一样一样的。看看后面的原理图就知道了。

1.2. 8x8LED点阵介绍

因为这个模块是个淘宝货，没查到权威的官方手册，只是从网上搜罗了一些资料过来。我手上这个led点阵型号是1088AS（AS共阴，BS共阳），点阵内部结构原理如下：

2. 原理图解读

2.1. 原理图解读

1. 先看中间的引脚位置图，模块上下两排各8各引脚，下边引脚号①到⑧，上面倒序的⑨到⑯。我手上模块把印有型号的一边朝向自己就是①到⑧引脚了（确定方法见后）
2. 最下面的电路图可以知道，每一行的阴极连接在一起，每一列的阳极连接在一起。所以1088AS之所以叫共阴LED点阵模块，应该是以行连接方式来命名的。
3. 需要点亮其中的某一个led，只需要把该led对应的正负极引脚接通即可。特别注意的是，引脚号是带圆圈的那个数字，从①到⑯不重复的。
4. 从整个原理看，跟前面学习数码管时的段码、位码如出一辙。所以凡是能驱动数码管的IC，都一样能驱动这个点阵屏。

备注：
为了确认手上点阵屏具体的引脚号，咱么可以拿万用表，换到LED档，正负极接上对应的引脚试试。如下图，我正极接③脚，负极接①脚，点亮的led刚好跟原理图一致。再试其他也对应的上，那就能确认下来了。

2.2. 点亮多个led的逻辑

按照原理图，横排的led负极都短接在一起，纵排的led正极短接在一起。当我们电源正极接③脚，负极接①脚后，虽然亮的只是其中一个led，实际上①、③脚对应的横排和竖排都处于半导通状态。

我们使用这个屏幕可不是只为了点亮某一个led，而是根据实际需要点亮多个led。

比如咱们来实现一个常见的爱心图案：

根据这个图案，我们需要接通的管脚如表所示

表格里面红色（x,y）代表需要接通的引脚，其中

1. x: 列引脚，给高电平
2. y: 行引脚，给低电平
3. 其他非红色位置不需要点亮，x,y同时给高电平或低电平都行

3. 底层驱动方法：动态扫描

3.1. 底层驱动方式确定

因为led灯的两极短接在一起，所以不可能一次性通过控制16个管脚的高低电平来点亮咱们的爱心图案。

根据前面学习数码管的知识，需要使用动态扫描机制来实现。遗忘的话可以回看一下： MicroPython-On-ESP8266——数码管的使用，四位数码管及动态扫描显示

具体到咱们这个8x8点阵来说呢，可以依照按行扫描的方式来逐行点亮对应的位置，通过快速循环而让人眼看到需要的图案。

3.2. 底层驱动代码

伪代码：

# 初始
引入GPIO库
初始需要的开发板引脚为输出状态

# 准备工作
定义行列需要显示爱心图案的管脚
所有行列管脚都置为高电平  # 没有电位差整体不亮
 
# 按行扫描点亮该行需要位置的led
while 1:
	for 行y in [行1 ~ 行8]:
	    for 列x in [列1 ~ 列8]:
	        根据爱心对应位置，不需要点亮时，'列x'置为低电平
   	        根据爱心对应位置，需要点亮时，'列x'置为高电平
	    '行y'管脚置为低电平  # 亮起本行指定的led
    	'行y'管脚置为低电平  # 熄灭本行
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3.3. 实际上层驱动

为什么说这里又是“底层”，又是“上层”的。这个概念是相对的。

底层：也就是直接跟点阵屏幕的16个管脚相连的GPIO，需要使用上面咱们分析出来的动态扫码的机制（可以按行也可以按列来扫描）

上层：因为ESP8266能作为GPIO输出的引脚不够16个，需要借助其他模块来辅助转化为16个GPIO。相应的，上层的编码方式就可以不拘泥于动态扫描了，可以根据实际使用的驱动IC来调整实现方式。

点阵屏专用的驱动IC实在是太多，咱手上资源有限，后面就实验一下595锁存器和MAX7219来驱动点阵屏。

那么上下层之间如何更换的衔接呢，或者说我想随意输出一个想要的字符（8x8暂时显示不了中文，中文问题后续再提），那这个字符怎么来？怎么转换成上层想要的编码？又如何由上层发送给下层去驱动点阵屏呢？

有问题就好办，先解决字符怎么来的问题。

4. 显示图案取模

4.1. 取模软件

为了在点阵屏上显示出我们需要的图案（无论是数字、字母、符号，都是一个组合图案），就像前面画的那个爱心一样，点亮需要位置坐标上的led，其他的不亮，那就得到结果了。

8x8LED，我们直观的把它看做8x8=64个像素点，那么想要指定的图案这个问题就转换为该点亮哪些坐标的像素问题，也就是像素取模问题。

前面写了一篇介绍OLED屏幕的文章，MicroPython-On-ESP8266——OLED屏幕的使用方法（含显示中文） 其中有介绍到使用PCtoLCD2002这个取模软件来绘制需要的字符并生成字库。那咱么8x8LED也一样用这个来实现。

4.2. 实现方式

新建一个8 * 8像素的图案，用鼠标点击出爱心图形。字模选项可以按如图方式进行设置。其实，取模方式和取模走向完全可以自主决定，只不过要根据自己的配置去调整接线方式和实现代码了。

通过上面的配置，我们生产出来的字模呢，结果只是列码。

{0x00, 0x66, 0x99, 0x81, 0x42, 0x24, 0x18, 0x00}

因为我们选择的是“行列式”，相对于行需要由我们自行控制，可以像前面学习4段数码管时一样，把每段当作这里点阵屏的一行。数码管的位码就跟这里的列码对应起来了。数码管显示数字或字母时位码是固定的，我们这里需要显示自由图案，列码就从取模软件里面拿就行了。

4.3. 上层驱动代码

伪代码

# 定义由何种产生驱动16个点阵屏管脚的方式，并初始相应的GPIO

# 逐行编码，相当于拉低当前行的电平，配合列码就能显示当前行需要的led，其他行高电平都不亮
row = [
    0x7F,  # 01111111
    0xBF,  # 10111111
    0xDF,  # 11011111
    0xEF,  # 11101111
    0xF7,  # 11110111
    0xFB,  # 11111011
    0xFD,  # 11111101
    0xFE,  # 11111110
]
# 逐列编码，这里就是对应不同行时，列led的亮灭
col = [
    0x00,  # 00000000
    0x66,  # 01100110
    0x99,  # 10011001
    0x81,  # 10000001
    0x42,  # 01000010
    0x24,  # 00100100
    0x18,  # 00011000
    0x00,  # 00000000
]

while True:
    取出整行、整列的编码，再把该编码去驱动底层代码（见上）控制每个led的亮灭
    # 由于取模时采用的逆向走向，所以一般处理整行/列的编码时，从低位处理到高位
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到这里原理部分就写这么多吧，接下来咱们下篇就是实操了，把点阵屏整亮，并先从简单的展示一个爱心图案开始玩起。