如何使用Arduino和LED矩阵构建简单的二进制时钟

在这个初学者项目中，我们通过构建LED矩阵和使用Arduino来创建二进制时钟。

本文将向您介绍LED多路复用以及如何利用这种技术构建可用于许多不同项目的LED阵列。在这种特殊情况下，我们将构建一个二进制时钟。

如何设置LED多路复用

这是一种非常简单的技术创建LED矩阵，每个二极管可以寻址和打开和关闭。您首先必须决定是要构建共阴极还是共阳极阵列。虽然电路略有不同，但两种方法基本上都是相似的：

创建LED矩阵的电路图。

As你可以看到，我们正在为这个项目建立一个共同的阴极矩阵。因此，LED的阴极连接在一起，然后通过NPN晶体管连接到GND。电阻R1至R4是LED的限流电阻，R5至R10是晶体管。

如何寻址各个LED

每个二极管在这个数组中有自己的地址，可以单独打开和关闭。如果您在寻址LED时遇到问题，可以将上图中的数组划分为行和列，并为每个数组分配如下名称：

通过将电路划分为行和列来对矩阵内的每个LED进行寻址。

要打开LED9，需要在晶体管D的基极提供电压，并将线路3连接到电源。您可以通过在当前激活的LED之间快速切换来使其看起来像多个LED一样。

构建二进制时钟

让我们把我们的LED阵列使用Arduino Uno打开和关闭LED，DS3231和实时时钟模块以便跟踪时间，从而很好地利用和构建二进制时钟。

首先构建LED矩阵从上面。它看起来有点乱，但连接LED需要所有跳线：

首先构建LED矩阵。

因为这是一个简单的LED矩阵，它使用Arduino的十个I/O端口。所以一定要使用有足够针脚的。如果要减少必要行数，可以使用二进制到十进制转换。但是，这超出了本文的范围。

第1行到第4行连接到Arduino引脚2到5，6列连接到引脚6到11.您可以在下面看到这些连接。

将LED连接到Arduino。

固件

首先编写一个小测试草图，将矩阵中的每个LED依次打开。如果所有LED都以正确的顺序点亮，则阵列连接正确。

void setup()
{
  pinMode(2, OUTPUT);  // 1
  pinMode(3, OUTPUT);  // 2
  pinMode(4, OUTPUT);  // 3
  pinMode(5, OUTPUT);  // 4
  pinMode(6, OUTPUT);  // A
  pinMode(7, OUTPUT);  // B
  pinMode(8, OUTPUT);  // C
  pinMode(9, OUTPUT);  // D
  pinMode(10, OUTPUT); // E
  pinMode(11, OUTPUT); // F
}
void loop()
{
  for(int i = 6; i < 12; i++)
  {
    digitalWrite(i, 1);
    
    for(int u = 2; u < 6; u++)
    {
          digitalWrite(u, 1);
          delay(250);
          digitalWrite(u, 0);
    }

    digitalWrite(i, 0);
  }
}

如上所述，主固件连接DS3231 RTC模块并读取时间。然后，它将值转换为二进制，并将相应的LED切换为ON。

您需要从Github下载Arduino IDE库。固件在本文末尾以可下载的.zip文件的形式提供。上传代码后，您的Arduino应显示正确的时间 - 在此特定示例中，时间为21:45:11。

我们完成的二进制时钟。

为什么制造商使用LED矩阵？

LED矩阵在许多应用中都非常有用，比如这个简单的二进制时钟。重要的是要了解晶体管如何作为开关工作以及如何单独控制元件阵列中的每个LED。

然而，这种方法远非完美，因为它占用了许多I/O端口并且受到限制可以同时打开多少个LED。但它很容易理解和构建。

如果你想减少必要的I/O行数，你可以尝试使用BCD到十进制解码器，如CD4028B（PDF），你可以看看在其他技术如Charlieplexing，或者你可以使用完全不同的方法（例如，可寻址的LED条）。

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