08. LED点阵屏与SPI接口控制

内容提示：

编写自定义函数
变量的作用域
节省“主存储器”空间的变量设置方式
双重循环

建立自定义函数

函数：一组具有特定功能，并能被重复使用的代码

函数的调用：函数的名称，后面的小括号及括号内的参数。

函数通常放在调用语句之前,

示例：

void cirArea() {int r = 5;float area =3.14 * r * r;Serial.println(area);
}void setup() {Serial.begin(9600);
}
void loop() {cirArea();  //函数执行完毕后，将回到调用函数语句的下一行继续执行。delay(2000);
}

示例改进：设置函数的参数与返回值

float cirArea(int r) { //接收传入一个整数作为变量，并声明函数的返回值类型为float，float area = 3.14 * r ** 2;return area;  //将运算结果返回给调用对象
}float ans = cirArea( 20 ); //调用函数，若不传入20，将导致错误，这里ans的类型与函数的返回值类型必须一致。

说明：void 表示函数没有返回值，若函数有返回值，必须把void改成返回值类型。
return 有终结程序执行的含义，凡卸载return后的语句将不会被执行。

return就是返回或传回的意思，

自定义函数的语法格式：

返回值类型 函数名(参数1, 参数2, ……){算式1;算式2;return 运算结果;
}

动手做8-1：建立自定义函数

实验说明：编写一个接受半径值的圆面积计算函数，并在“串口监视器”显示不同半径圆的面积
实验程序：

float ants;float cirArea(int r) {float area = 3.14 *r * r;return area;
}void setup() {Serial.begin(9600);ans = cirArea(10);Serial.println(ans);ans = cirArea(20);Serial.println(ans);
}void loop(){}

有些C语言规定，自定义函数一定要放在前面，假如要放在调用语句之后，程序的开头要加上函数原型（function prototype）声明

float cirArea(int);
void setup(){Serial.begin(9600);float ans = cirArea(10);Serial.println(ans);
}void loop(){}float cirArea(int r){return 3.14 * r * r;
}

认识变量的作用域

局部变量：在函数内部声明的变量，作用域仅限于函数内部，而且只有在函数执行期间才存在；函数一旦执行完毕，局部变量将被删除。
全局变量：在函数外面定义的变量，能被所有的代码获得。
示例：

int age = 20; //全局变量：定义在函数外void check() {  //函数无返回值和参数int age = 10;  //局部变量：函数内定义Serial.print("function: ");Serial.println(age); //优先使用局部变量
}void setup(){Serial.begin(9600);check();Serial.print("setup: ");Serial.println(age);
}
void loop(){}

LED点阵屏简介

LED点阵屏（LED Matrix)是一种把数十个LED排列封装在一个方形模块的显示单元。
MAX7219的特点包含：

可同时驱动8个共阴极数码管（含小数点），或者一个共阴极8×8矩阵LED。
多个MAX7219可串联在一起，构成大型LED显示屏。
使用三条线串接Arduino（不用“输出”线，因为它不需要输出数据给微处理器），可驱动多组数码管或LED点阵。
只需外接一个电阻，即可限制每个LED的电流
MAX7219采用一种称为SPI的串行接口。
- SPI（serial Peripheral Interface，串行外设接口），应用：SD内存卡、数字/模拟转换IC、LED控制芯片、佳能相机的EF接环镜头等
- SPI 采用四条线连接主机和外设
  - SS：外设选择线（Slave Select），也称为CS（Chip Select，芯片选择线）。
    - 输入0：选取
    - 输入1：未选
  - MOSI: 从主机向外设发送的数据线（Master OUTPUT, Slave Input).
  - MISO: 从外设向主机发送的数据线（Master Input， Slave Output）
  - SCK：串行时钟线（Serial Clock)。
- Arduino的ATmega系列处理器内建SPI接口，位于数字10~13脚。
  - 每个SPI外设都要单独连接一条【外设选择】线
  - 全部SPI外设共用数据和时钟线。
  - 主机要传送或接收数据之前，必须先将指定设备的SS脚设置为0，然后随着时钟信号将数据依序从MOSI传出，或从MISO传入，结束发送后，再将SS脚设置为1.
  - 在采用ATmega328微控制器的Arduino板子上，SPI接口位于数字10~13脚，同时也和控制板右侧的ICSP(In-Circuit Serial Programming)端子相连。
  - 在采用ATmega32U4微控制器的Arduino Leonardo控制器上，SPI接口只位于ICSP端子，而且其中的3个引脚相当于数字14-16脚。微控制器预设的外设选择线（SS）也是数字17脚，位于板子左侧，RX（串行接收）灯的左上角的一个焊接点。
  - 时钟（clock）信号的用途，SPI装置的数据将跟着时钟的步调发送或接收。
- MAX7219的主要脚位说明：
  - DIG0~DIG7：8条数据线，连接阴极（-），典型输入电流值330mA，极限值500mA
  - SEG A~G 和DP：数码管和小数点的连接线（阳极），也用于连接LED点阵屏的阳极。典型输出电流37mA，极限100mA。
  - ISET：连接LED限流电阻。电阻值的大小取决于LED的消耗电流和电压值
- MAX7219的寄存器与数据传输格式
  - 它的内保包含用于设置芯片状态，以及LED显示数据的寄存器
    - 数据（digit）寄存器，8个，Digital0（简称D0）~ Digital7，分别存放LED点阵屏每一行的显示内容
    - 显示强度（Intensity）寄存器：显示器的亮度除了通过VCC和ISET引脚之间的电阻来调整，也能通过此寄存器来设置，亮度范围0~15
    - 显示检测（display test）寄存器：此寄存器设置为1，MAX7219将进入“测试”模式，所有的LED都会被点亮。
    - 译码模式（decode mode）寄存器：设置是否用BCD译码功能，设置成0，代表不译码，用于驱动LED点阵屏。
    - 停机（shutdown）寄存器：
    - 扫描限制（scan limit）寄存器：设置扫描显示器的个数，可能值0_{7，代表显示1}8个LED数码管，或者LED点阵屏中的1~8行
    - 不运行（N0-Op)寄存器：用于串联多个MAX7219时，指定不运行的IC。
    - 每个寄存器都有一个识别地址。

寄存器名称	地址（十六进制）
digit 0	0x1
digit 1	0x2
digit 2	0x3
digit 3	0x4
digit 4	0x5
digit 5	0x6
digit 6	0x7
digit 7	0x8
不运行（No-Op）	0x0
译码模式	0x9
显示强度	0xA
扫描限制	0xB
停机	0xC
显示器检测	0xF

发数据给MAX7219的四个步骤

void max7219(byte reg, byte data) {digitalWrite(SS, LOW);  //SS设置成0（选择芯片）SPI.transfer(reg);  //发送寄存器的地址SPI.transfer(data);  //发送数据digitalWrite(SS, HIGH); //SS线设置成1（取消选择）
}const byte NOOP = 0x0;
const byte DECODEMODE = 0X9;
const byte INTENSITY = 0xA;
const byte SCANLIMIT = 0XB;
const byte SHUTDOWN = 0xC;
const byte DISPLAYTEST = 0xF;const byte symbol[8] = {0x60, 0xF0,0xF0,0x7F,0x07,0x06,0x0c,0x08};

动手做8-3 在矩阵LED上显示音符图像

实验说明：
本实验借助“动手8-1”的成果，通过程序在LED点阵屏上显示音符图样。

实验程序：

#include <SPI.h>  //包含SPI扩展库
void max7219(byte reg, byte data) {digitalWrite(SS, LOW);  //SS设置成0（选择芯片）SPI.transfer(reg);  //发送寄存器的地址SPI.transfer(data);  //发送数据digitalWrite(SS, HIGH); //SS线设置成1（取消选择）
}const byte NOOP = 0x0;
const byte DECODEMODE = 0X9;
const byte INTENSITY = 0xA;
const byte SCANLIMIT = 0XB;
const byte SHUTDOWN = 0xC;
const byte DISPLAYTEST = 0xF;const byte symbol[8] = {0x60, 0xF0,0xF0,0x7F,0x07,0x06,0x0c,0x08};void setup(){pinMode(SS, OUTPUT);digitalWrite(SS,HIGH);SPI.begin();max7219(SCANLIMIT, 7);max7219(DECODEMODE, 0);max7219(INTENSITY, 0);max7219(DISPLAYTEST, 0);max7219(SHUTDOWN, 0);for(byte i=0; i<8;i++) {max7219(i + 1, 0);}
}
void loop(){for(byte i=0; i<8;i++) {max7219(i + 1, symbol[i]);}
}

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