用3个IO口控制6个LED灯，怎么做到的？查理复用！
时间：2021-10-18 15:41:05
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[导读]▲ 本文要分析的电路事情是这样开始的。买了个电动牙刷，几十块钱那种：收到的实物长这样：牙刷手柄上有1个按键和6个LED灯：拆开看看电路板：可以看出，电路板上用的单片机，只有8个脚，却要控制1个按键、6个LED灯、1个震动的马达电机：初看之下，GPIO应该是不够用的。单片机除去电源...
▲ 本文要分析的电路
事情是这样开始的。买了个电动牙刷，几十块钱那种：收到的实物长这样：牙刷手柄上有1个按键和6个LED灯：拆开看看电路板：可以看出，电路板上用的单片机，只有8个脚，却要控制1个按键、6个LED灯、1个震动的马达电机：初看之下，GPIO应该是不够用的。单片机除去电源脚（正极）和GND脚（负极），只剩最多6个GPIO脚。那么是怎么做到够用的？原来，经过巧妙的电路设计，这款电动牙刷实现了用3个GPIO控制6个LED灯，节省了GPIO。这个巧妙的电路如下：6个LED灯为相同的型号，为方便查看，用红绿两种颜色区分两种不同的方向。
一、原理分析这个电路用到了单片机GPIO的三种状态：
二、总结提升以上其实是用了一种叫“查理复用”（Charlieplex）的方法。为什么叫查理复用？很简单，因为这个方法来源于美信半导体公司的工程师Charlie Allen。查理复用是一种能够在驱动LED，特别是驱动大量LED时有效地节约GPIO的方法。使用该方法，n个GPIO可以驱动 n*(n-1) 个LED，所以：
三、继续进阶如果要同时亮起两个以上的LED，怎么办？交替点亮他们就行，只要交替切换的速度够快，由于人眼的视觉暂留效应，看起来就是同时亮起的。值得一提的是，如果要同时亮起的LED较多，比如大规模的LED点阵，那么还要注意一些新的问题，颇有门道。本文不再展开，感兴趣的读者可以自行查询修炼，继续进阶。
四、最后要感谢这款电动牙刷，让我有机会写“查理复用”。只是最近更新又变慢了，毕竟写公众号不挣钱，还是努力上班，争取买个贵的电动牙刷呀！
事情是这样开始的。买了个电动牙刷，几十块钱那种：收到的实物长这样：牙刷手柄上有1个按键和6个LED灯：拆开看看电路板：可以看出，电路板上用的单片机，只有8个脚，却要控制1个按键、6个LED灯、1个震动的马达电机：初看之下，GPIO应该是不够用的。单片机除去电源脚（正极）和GND脚（负极），只剩最多6个GPIO脚。那么是怎么做到够用的？原来，经过巧妙的电路设计，这款电动牙刷实现了用3个GPIO控制6个LED灯，节省了GPIO。这个巧妙的电路如下：6个LED灯为相同的型号，为方便查看，用红绿两种颜色区分两种不同的方向。
一、原理分析这个电路用到了单片机GPIO的三种状态：
- 高电平
- 低电平
- 高阻态
二、总结提升以上其实是用了一种叫“查理复用”（Charlieplex）的方法。为什么叫查理复用？很简单，因为这个方法来源于美信半导体公司的工程师Charlie Allen。查理复用是一种能够在驱动LED，特别是驱动大量LED时有效地节约GPIO的方法。使用该方法，n个GPIO可以驱动 n*(n-1) 个LED，所以：
- 使用2个GPIO可以驱动2个LED。
- 使用3个GPIO可以驱动6个LED。
- 使用4个GPIO可以驱动12个LED。
- 以此类推。
- 单片机GPIO的三个状态：高电平、低电平、高阻态。
- LED具有单向导电性。
- 任意两个GPIO引脚之间串入两个LED，这两个LED为并联，且LED方向相反。
- 当你想要点亮某个特定的LED时，就将其两端所连接到的GPIO引脚分别设定为高电平和低电平，其它剩余的GPIO引脚设定为高阻态。
- 前面电动牙刷中6个LED灯的电路，就是这么设计的。
三、继续进阶如果要同时亮起两个以上的LED，怎么办？交替点亮他们就行，只要交替切换的速度够快，由于人眼的视觉暂留效应，看起来就是同时亮起的。值得一提的是，如果要同时亮起的LED较多，比如大规模的LED点阵，那么还要注意一些新的问题，颇有门道。本文不再展开，感兴趣的读者可以自行查询修炼，继续进阶。
四、最后要感谢这款电动牙刷，让我有机会写“查理复用”。只是最近更新又变慢了，毕竟写公众号不挣钱，还是努力上班，争取买个贵的电动牙刷呀！
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