第10课 LED表情灯板#

10.1 项目介绍：#

如果在我们的机器人上加一块表情面板，会非常有趣。8x16 LED点阵可以满足需求，能自己创建面部表情、动画等。微处理器（Arduino）通过两线总线接口与AiP1640通讯，控制点阵上128个LED的亮灭来显示图案。

10.2 元件知识：#

1. 如何控制每一个 LED？

8x16 点阵共有 128 个 LED。为了简化控制，我们将这 128 个灯分为 16 列，每列有 8 个灯。在计算机中，一个字节（Byte）由 8 位（Bit）组成，每一位可以是 0 或 1。

1 代表 LED 亮
0 代表 LED 灭

因此，1 个字节的数据正好可以控制 1 列（8个）LED 的状态。要控制整个 8x16 点阵，我们需要发送 16 个字节的数据，分别对应 16 列。

接口说明及通讯协议

微处理器（Arduino）通过两线总线接口与AiP1640通讯。通讯协议图中，(SCLK)为SCL，(DIN)为SDA：

①数据输入开始条件：SCL为高电平，SDA由高变低。
②数据命令设置：示例程序中选择 “地址自动加1” 方式，二进制为0100 0000，对应十六进制0x40。

③地址命令设置：示例程序中选择第一个00H，二进制为1100 0000，对应十六进制0xc0。

④数据输入：SCL为高电平时SDA信号保持不变，低电平时可改变，数据输入低位在前、高位在后传输。
⑤数据传输结束条件：SCL为低时SDA为低，SCL变高时SDA变高。
⑥显示控制：示例中选择脉宽为4/16，十六进制为0x8A。

取模工具的使用说明

设置时，我们需要把一个图案转换成1组16个的16位数据，这里就需要用到一个取模软件，这个软件已放入资料文件夹中。使用时打开图标，显示如下图。

点击 “新建图案” ，根据显示屏规格，设置宽度为16，高度为8，如下图。

初始时发现格点不大，不方便设置，我们可以通过点击 “模拟动画” 设置格点大小，点击“放大格点” 来放大格点。如下图。

一直鼠标左键点击，就可以一直放大格点了。放大后，我们就可以通过用鼠标点击白色区域，设置显示图案了。

设置时，鼠标点击（左右键都可以）白色格点，变为黑色；再点击黑色格点，变为白色。黑色代表该格点显示亮起，白色代表格点不显示。显示屏最多能设置16*8个点显示。设置笑脸显示如下图。

点击 “参数设置”，选择 “其他选项”，设置如下图。设置完成点击 “确定” 。

点击 “取模方式”，选择 “C51格式”。如下图：

设置成功后，在以下区域就可以看到对应的16个数据了，只需要将数据复制粘贴在数组中，就可以用直接调用了。（0x00,0x00,0x1C,0x02,0x02,0x02,0x5C,0x40,0x40,0x5C,0x02,0x02,0x02,0x1C,0x00,0x00）

规格参数：

工作电压: DC 3.3-5V
功率损耗：400mW
震荡频率：450KHz
驱动电流：200mA
通信方式：I2C通信

10.3 项目组件：#

组装好的智能车(未插上蓝牙模块) *1	USB线 *1	5号(1.5V)电池 *6（电池自备）

10.4 接线图：#

⚠️ 特别注意：4WD智能车已经组装好了，这里不需要把8x16 LED点阵模块拆下来又重新组装和接线，这里再次提供接线图，是为了方便您编写代码！

8x16 LED点阵模块	电机驱动扩展板
GND	G
VCC	5V
SDA	A4
SCL	A5

⚠️ 特别注意：

接线时请确保电源断开(拔掉Arduino主控板上的USB线或将电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “OFF” 端)，避免短路。
电源连接：电池盒电源接到电机驱动扩展板的 BAT 接口（注意正负极不要接反），端口正反面，请勿反插，否则会损坏端口。
电池正负极切勿接反，否则可能烧毁电机驱动扩展板。
电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “ON” 端。

10.5 示例代码1：显示静态笑脸#

这段代码将在点阵上显示一个固定的笑脸图案。

⚠️ 重要提示：

上传示例代码前，请务必拔掉蓝牙模块！因为蓝牙模块也占用Arduino的串口通信（TX/RX），如果不拔掉，示例代码上传会失败。

/*
  keyes 4WD 多功能智能车
  课程 10.1
  点阵显示
  http://www.keyes-robot.com
*/
// 从取摸工具中得到的微笑图案的数据
unsigned char SMILE[] = {0x00, 0x00, 0x1c, 0x02, 0x02, 0x02, 0x5c, 0x40, 0x40, 0x5c, 0x02, 0x02, 0x02, 0x1c, 0x00, 0x00};
#define SCL_PIN  A5  // 时钟引脚 A5
#define SDA_PIN  A4  // 数据引脚 A4

/* 功能：初始化设置 */
void setup() {
  pinMode(SCL_PIN, OUTPUT);  // 设置时钟引脚为输出
  pinMode(SDA_PIN, OUTPUT);  // 设置数据引脚为输出
  // 清屏
  // matrixDisplay(clear);
}

/* 功能：主循环 */
void loop() {
  matrixDisplay(SMILE);  // 显示微笑表情图案
}

/* 功能：点阵屏显示函数 */
void matrixDisplay(unsigned char matrixValue[]) {
  IicStart();  // 启动数据传输
  IicSend(0xc0);  // 选择地址

  for (int i = 0; i < 16; i++) {  // 图案数据共16字节
    IicSend(matrixValue[i]);  // 传输图案数据
  }
  IicEnd();  // 结束数据传输

  IicStart();
  IicSend(0x8A);  // 显示控制，选择脉宽为4/16
  IicEnd();
}

/* 功能：IIC 起始信号 */
void IicStart() {
  digitalWrite(SCL_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(3);
  digitalWrite(SDA_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(3);
  digitalWrite(SDA_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(3);
}

/* 功能：IIC 发送一个字节数据 */
void IicSend(unsigned char sendData) {
  for (char i = 0; i < 8; i++) {  // 每字节8位
    digitalWrite(SCL_PIN, LOW);  // 时钟拉低，准备改变数据线状态
    delayMicroseconds(3);
    if (sendData & 0x01) {  // 判断最低位是1还是0
      digitalWrite(SDA_PIN, HIGH);
    } else {
      digitalWrite(SDA_PIN, LOW);
    }
    delayMicroseconds(3);
    digitalWrite(SCL_PIN, HIGH);  // 时钟拉高，数据传输完成
    delayMicroseconds(3);
    sendData = sendData >> 1;  // 右移一位，准备传输下一位
  }
}

/* 功能：IIC 结束信号 */
void IicEnd() {
  digitalWrite(SCL_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(3);
  digitalWrite(SDA_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(3);
  digitalWrite(SCL_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(3);
  digitalWrite(SDA_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(3);
}

10.6 项目结果1：#

⚠️ 重要提示：

上传示例代码前，请务必拔掉蓝牙模块！因为蓝牙模块也占用Arduino的串口通信（TX/RX），如果不拔掉，示例代码上传会失败。

外接电源，将电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “ON” 端，上电后。选择好正确的开发板板型（Arduino Uno）和适当的串口端口（COMxx），然后单击 Arduino_2.3.6-a40 按钮上传示例代码1至Arduino控制板。

代码上传成功后，你将看到 8x16 LED 点阵上显示出一个清晰的笑脸图案。

10.7 示例代码2：动态表情动画#

既然我们可以显示静态图案，那么快速切换不同的图案就能形成动画效果。让我们尝试让点阵依次显示：“开始”、“前进”、“停止” 图案，然后 “清屏”，每个状态停留 2 秒。

利用取模工具得到要显示的图形代码:

开始 (Start):

0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01

前进 (Front):

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x24,0x12,0x09,0x12,0x24,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00

后退 (Back):

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x24,0x48,0x90,0x48,0x24,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00

左转 (Left):

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x44,0x28,0x10,0x44,0x28,0x10,0x44,0x28,0x10,0x00

右转 (Right):

0x00,0x10,0x28,0x44,0x10,0x28,0x44,0x10,0x28,0x44,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00

停止 (Stop):

0x2E,0x2A,0x3A,0x00,0x02,0x3E,0x02,0x00,0x3E,0x22,0x3E,0x00,0x3E,0x0A,0x0E,0x00

清屏 (Clear):

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00

接线图保持不变：

⚠️ 重要提示：

上传示例代码前，请务必拔掉蓝牙模块！因为蓝牙模块也占用Arduino的串口通信（TX/RX），如果不拔掉，示例代码上传会失败。

/*
  keyes 4WD 多功能智能车
  课程 10.2
  点阵屏显示
  http://www.keyes-robot.com
*/

// 数组，用于存储图案的数据，可以自己计算也可以从取模工具中获得
unsigned char START_01[] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x80, 0x40, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02, 0x01};
unsigned char FRONT[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x24, 0x12, 0x09, 0x12, 0x24, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
unsigned char BACK[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x24, 0x48, 0x90, 0x48, 0x24, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
unsigned char LEFT[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x44, 0x28, 0x10, 0x44, 0x28, 0x10, 0x44, 0x28, 0x10, 0x00};
unsigned char RIGHT[] = {0x00, 0x10, 0x28, 0x44, 0x10, 0x28, 0x44, 0x10, 0x28, 0x44, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
unsigned char STOP_01[] = {0x2E, 0x2A, 0x3A, 0x00, 0x02, 0x3E, 0x02, 0x00, 0x3E, 0x22, 0x3E, 0x00, 0x3E, 0x0A, 0x0E, 0x00};
unsigned char CLEAR[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};

#define SCL_PIN  A5  // 时钟引脚 A5
#define SDA_PIN  A4  // 数据引脚 A4

void setup() {
  pinMode(SCL_PIN, OUTPUT);  // 设置时钟引脚为输出模式
  pinMode(SDA_PIN, OUTPUT);  // 设置数据引脚为输出模式
  matrixDisplay(CLEAR);      // 清屏显示
}

void loop() {
  matrixDisplay(START_01);  // 显示开始图案
  delay(2000);
  matrixDisplay(FRONT);     // 显示前进图案
  delay(2000);
  matrixDisplay(STOP_01);   // 显示停止图案
  delay(2000);
  matrixDisplay(CLEAR);     // 清屏
  delay(2000);
}

/* 功能：点阵屏显示函数，传入图案数组 */
void matrixDisplay(unsigned char matrixValue[]) {
  iicStart();               // 发送开始信号
  iicSend(0xc0);            // 选择点阵屏地址
  for (int i = 0; i < 16; i++) {  // 发送16字节图案数据
    iicSend(matrixValue[i]);       // 发送图案数据
  }
  iicEnd();                 // 发送结束信号
  iicStart();
  iicSend(0x8A);            // 显示控制，设置脉宽为4/16
  iicEnd();
}

/* 功能：IIC总线开始信号 */
void IICStart() {
  digitalWrite(SCL_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(3);
  digitalWrite(SDA_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(3);
  digitalWrite(SDA_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(3);
}

/* 功能：IIC总线发送一个字节数据 */
void IICSend(unsigned char sendData) {
  for (char i = 0; i < 8; i++) {  // 逐位发送8位数据
    digitalWrite(SCL_PIN, LOW);    // 时钟拉低，准备改变数据线状态
    delayMicroseconds(3);
    if (sendData & 0x01) {         // 判断最低位是1还是0
      digitalWrite(SDA_PIN, HIGH);
    } else {
      digitalWrite(SDA_PIN, LOW);
    }
    delayMicroseconds(3);
    digitalWrite(SCL_PIN, HIGH);   // 时钟拉高，数据被读取
    delayMicroseconds(3);
    sendData = sendData >> 1;      // 右移一位，准备发送下一位
  }
}

/* 功能：IIC总线结束信号 */
void IICEnd() {
  digitalWrite(SCL_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(3);
  digitalWrite(SDA_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(3);
  digitalWrite(SCL_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(3);
  digitalWrite(SDA_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(3);
}

10.8 项目结果2：#

⚠️ 重要提示：

上传示例代码前，请务必拔掉蓝牙模块！因为蓝牙模块也占用Arduino的串口通信（TX/RX），如果不拔掉，示例代码上传会失败。

外接电源，将电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “ON” 端，上电后。选择好正确的开发板板型（Arduino Uno）和适当的串口端口（COMxx），然后单击 Arduino_2.3.6-a40 按钮上传示例代码2至Arduino控制板。

代码上传成功后，8x16 LED 点阵上显示 “开始”、“前进”、“停止” 图案，然后清屏，循环进行。

第10课 LED表情灯板

目录

第10课 LED表情灯板#

10.1 项目介绍：#

10.2 元件知识：#

10.3 项目组件：#

10.4 接线图：#

10.5 示例代码1：显示静态笑脸#

10.6 项目结果1：#

10.7 示例代码2：动态表情动画#

10.8 项目结果2：#