什么是查理复用算法（Charlieplexing)? 这算法可以用来做什么？

工程小贴士
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作者：Digi-Key 工程师Travis_Foss

查理复用算法（Charlieplexing ），具备控制多个LED的能力，即可以用较少数量的微控制器输出端来控制较多数量的 LED（微控制器输出端少于LED数量）。在1995年，Maxim 公司的 Charles Allen 首次提出这一想法，并命名为 Charlieplexing 。

查理复用算法使用微控制器的所有三种逻辑状态以及LED的单向导电性来控制矩阵。如果你试图显示不同进程的状态，并且不想占用多个微控制器引脚，那么这可能很有用。

以下是一组使用查理复用算法LED的最简单例子。

image

注意，在上面的例子中，它使用了一组互补的 LED。基于 LED 如何允许电流在一个方向流动并阻止电流在另一个方向上流动，它允许我们根据输入/输出的设置来控制两个 LED。要使用此例子，可以通过更改引脚的输出类型来控制具有两个引脚的两个 LED。如果你将引脚2设置为高电平，引脚1设置为低电平，则L1 -LED将点亮。如果将引脚1设置成高电平，而引脚2设置成低电平，那么L2 -LED将会点亮。

以下是如何在 Arduino 设置。


void setup() {
  Serial.begin(9600);
  

}

void loop() {
   pinMode(1,OUTPUT);
   pinMode(2,OUTPUT);
  pinMode(3,INPUT);

digitalWrite(2,HIGH);
  digitalWrite(1,LOW);
  delay(1000);

Serial.println("1");

    pinMode(1,OUTPUT);
   pinMode(2,OUTPUT);
   pinMode(3,INPUT);

digitalWrite(1,HIGH);
  digitalWrite(2,LOW);
  delay(1000);

Serial.println("2");
  
}

现在看这个示意图，你可能会想，“这怎么有用？我们只使用两个引脚控制两个LED。”让我们看看当我们添加第三个引脚时会发生什么。

以下是如何设置3个引脚的LED。

image

通过此设置可以看到，你可以使用3个引脚控制6个 LED。要在此设置中控制LED，你需要使用微控制器的所有三种状态。如果你想打开L1- LED而不打开其他LED，则必须将引脚2设置为高，将引脚1设置为低，将引脚3设置为输入。引脚3必须设置为输入的原因是将该引脚设置为高阻抗。这基本上从电路上断开了引脚。此外，如果我们将引脚3设置为LOW，LED L4也会亮起。

现在，如果你想打开L2-LED，用户可以将引脚1设置为高，将引脚2设置为低，将引脚3设置为输入。再次注意，如果我们没有将引脚3设置为输入，则L4-LED也将打开。

然后，用户可以完成此过程，直到他们按顺序成功点亮每个LED。

如果你想用 Arduino 编写代码, 下面是一个例子，


void setup() {
  Serial.begin(9600);
  

}

void loop() {
   pinMode(1,OUTPUT);
   pinMode(2,OUTPUT);
  pinMode(3,INPUT);

digitalWrite(2,HIGH);
  digitalWrite(1,LOW);
  delay(1000);

Serial.println("1");

    pinMode(1,OUTPUT);
   pinMode(2,OUTPUT);
   pinMode(3,INPUT);

digitalWrite(1,HIGH);
  digitalWrite(2,LOW);
  delay(1000);

Serial.println("2");
  
    
pinMode(3,OUTPUT);
   pinMode(2,OUTPUT);
     pinMode(1,INPUT);

digitalWrite(3,HIGH);
  digitalWrite(2,LOW);
  delay(1000);
    Serial.println("3");
    
      
pinMode(3,OUTPUT);
   pinMode(2,OUTPUT);
   pinMode(1,INPUT);

digitalWrite(2,HIGH);
  digitalWrite(3,LOW);
  delay(1000);
   
Serial.println("4");

      
pinMode(1,OUTPUT);
   pinMode(3,OUTPUT);
   pinMode(2,INPUT);
  digitalWrite(3,HIGH);
  digitalWrite(1,LOW);
  delay(1000);
   
Serial.println("5");

       
pinMode(1,OUTPUT);
   pinMode(3,OUTPUT);
    pinMode(2,INPUT);

digitalWrite(1,HIGH);
  digitalWrite(3,LOW);
  delay(1000);
   
Serial.println("6");
}

现在我们已经探索了2个引脚和3个引脚，你可以看到查理复用算法如何成为一个有用的工具。让我们再为4个输入引脚进行一次设置。

在我们展示4个输入引脚的设置之前，你能猜出我们能够控制多少个 LED 吗？

通过将要使用的I/O数量乘以相同的I/O数量减1，可以计算出可以控制的LED数量。因此，例如，如果我们想使用4个I/O引脚，我们将该数字乘以3，这将让我们知道，我们可以用4个I/O控制多达12个LED。

以下是如何设置4个 I/O 的 LED。

image

注意，我对这一个连接进行了颜色编码，以使连接更清晰。如你所见，通过在原理图中再添加一个引脚，我们可以再添加 6个 LED。为了控制LED，此设置与3个引脚的工作方式相同，但是，在这种情况下，我们将设置2个引脚作为输入。下面是 Arduino 代码，用于控制所有 12个LED。


void setup() {
  Serial.begin(9600);


}

void loop() {
  pinMode(1, OUTPUT);
  pinMode(2, OUTPUT);
  pinMode(3, INPUT);
  pinMode(4, INPUT);
  digitalWrite(2, HIGH);
  digitalWrite(1, LOW);
  delay(1000);

Serial.println("1");

  pinMode(1, OUTPUT);
  pinMode(2, OUTPUT);
  pinMode(3, INPUT);
  pinMode(4, INPUT);
  digitalWrite(1, HIGH);
  digitalWrite(2, LOW);
  delay(1000);

Serial.println("2");

  pinMode(3, OUTPUT);
  pinMode(2, OUTPUT);
  pinMode(1, INPUT);
  pinMode(4, INPUT);
  digitalWrite(3, HIGH);
  digitalWrite(2, LOW);
  delay(1000);

Serial.println("3");

  pinMode(3, OUTPUT);
  pinMode(2, OUTPUT);
  pinMode(1, INPUT);
  pinMode(4, INPUT);
  digitalWrite(2, HIGH);
  digitalWrite(3, LOW);
  delay(1000);

Serial.println("4");

  pinMode(1, OUTPUT);
  pinMode(3, OUTPUT);
  pinMode(2, INPUT);
  pinMode(4, INPUT);
  digitalWrite(3, HIGH);
  digitalWrite(1, LOW);
  delay(1000);

Serial.println("5");

  pinMode(1, OUTPUT);
  pinMode(3, OUTPUT);
  pinMode(2, INPUT);
  pinMode(4, INPUT);
  digitalWrite(1, HIGH);
  digitalWrite(3, LOW);
  delay(1000);

Serial.println("6");

  pinMode(3, OUTPUT);
  pinMode(4, OUTPUT);
  pinMode(2, INPUT);
  pinMode(1, INPUT);
  digitalWrite(3, HIGH);
  digitalWrite(4, LOW);
  delay(1000);

Serial.println("7");

  pinMode(3, OUTPUT);
  pinMode(4, OUTPUT);
  pinMode(1, INPUT);
  pinMode(2, INPUT);
  digitalWrite(4, HIGH);
  digitalWrite(3, LOW);
  delay(1000);

Serial.println("8");

  pinMode(2, OUTPUT);
  pinMode(4, OUTPUT);
  pinMode(1, INPUT);
  pinMode(3, INPUT);
  digitalWrite(4, HIGH);
  digitalWrite(2, LOW);
  delay(1000);

Serial.println("9");

  pinMode(2, OUTPUT);
  pinMode(4, OUTPUT);
  pinMode(1, INPUT);
  pinMode(3, INPUT);
  digitalWrite(2, HIGH);
  digitalWrite(4, LOW);
  delay(1000);

Serial.println("10");

  pinMode(1, OUTPUT);
  pinMode(4, OUTPUT);
  pinMode(2, INPUT);
  pinMode(3, INPUT);
  digitalWrite(4, HIGH);
  digitalWrite(1, LOW);
  delay(1000);

Serial.println("11");

  pinMode(1, OUTPUT);
  pinMode(4, OUTPUT);
  pinMode(2, INPUT);
  pinMode(3, INPUT);
  digitalWrite(1, HIGH);
  digitalWrite(4, LOW);
  delay(1000);

Serial.println("12");
}

正如你所看到的，如果你 I/O 引脚数量有限，这可能是一个有用的工具。

如果你想看到查理复用算法的其他选项，我看到的使用查理复用算法的最常见项目之一是 LED 立方体。如果你在网上搜索查理复用算法LED立方体，你会看到几个不同的版本。

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受益了，谢谢:+1::+1::+1::+1::+1::+1: