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

(x,y)	列1	列2	列3	列4	列5	列6	列7	列8
行1	(13,9)	(3,9)	(4,9)	(10,9)	(6,9)	(11,9)	(15,9)	(16,9)
行2	(13,14)	(3,14)	(4,14)	(10,14)	(6,14)	(11,14)	(15,14)	(16,14)
行3	(13,8)	(3,8)	(4,8)	(10,8)	(6,8)	(11,8)	(15,8)	(16,8)
行4	(13,12)	(3,12)	(4,12)	(10,12)	(6,12)	(11,12)	(15,12)	(16,12)
行5	(13,1)	(3,1)	(4,1)	(10,1)	(6,1)	(11,1)	(15,1)	(16,1)
行6	(13,7)	(3,7)	(4,7)	(10,7)	(6,7)	(11,7)	(15,7)	(16,7)
行7	(13,2)	(3,2)	(4,2)	(10,2)	(6,2)	(11,2)	(15,2)	(16,2)
行8	(13,5)	(3,5)	(4,5)	(10,5)	(6,5)	(11,5)	(15,5)	(16,5)

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

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

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。