简介：基于Arduino UNO对于常见到的矩阵按键，LED电专显示以及汉字库的读写进行了测试，并且给出了相应的实验程序。这为后面制作完整的电路板的原理设计以及相应的测试打下了基础。

关键词： Arduino，TM1640，矩阵按键，汉字库

§01 汉字库GT32L32

1、基本介绍

这颗 GT32L32S0140 GB2312 多字号多字体可读写标准点阵字库芯片 是从TB（￥6.25）购买到的。 GT32L32S0140 标准电站汉字库芯片数据手册 中给出GT32L32S0140的基本描述。

GT32L32S0140是一款内部包含有12×12,、16×16、24×24、32×32点阵的汉字字库，支持GB2312国标简体汉字以及ASCII字符。排列格式为恒指横排。同时内部包含有512k字节的可以自由读写的空间。地址为： 0x000000～0x007FFFF 。

2、管脚定义

下面的信息是来自于数据手册相关内容。具体内容可以直接参照前面的 GT32L32S0140的数据手册 。

^{▲ GT32L32基本信息}

^{▲ 管脚定义}

^{▲ GT32L32 读取时序}

^{▲ GT32L32 基本连接}

^{▲ GT32L32 的封装形式}

3、建立AD元件库

元器件库： MISCLIB\LIB\SCH.SCHLIB\GT23L32S0140
PCB封装库： SOP-8B

^{▲ 原理图以及封装图库}

4、测试转接小板¹

^{在这个设计中，最终重要的测试，是该芯片是否可以在3.3V工作电压，能够接驳5V单片机Arduino系统。所以在SI，SCLK，CS#都增加了串接的电阻。}

^{^{▲ 测试小板的原理图}}

^{▲ 快速制版焊接后的电路板}

§02 双色LED点阵

1、基本信息

控制芯片为 THM1640 ，它是LED驱动控制专用电路。封装为SOP28形式。

^{▲ 8×8共阳双色LED点阵显示模块}

对外接口如下表所示：

【表1 点阵LED的接口】

PIN	名称	功能
PIN1	GND	电源地
PIN2	VCC	电源+5V
PIN3	DATA	输入数据
PIN4	CLK	时钟信号

2、四个LED点阵接口

根据在 Grove Beginner Kits基础实验 对于基于人脸识别智能锁接口设计，利用四个IO口控制四个LED点阵。因此，在增加上GND， VCC引脚，对于四个LED点阵接口设计成PIN6的外部接口。

^{▲ 四个LED外部接口设计}

下面是设计的四个LED点阵模块的共同的接口。使用四个IO接口控制四个LED接口。

^{▲ 测试接口SCH}

设计快速制版的测试PCB图。利用快速制版方法制作测试电路板。

^{▲ 设计的快速制版的PCB}

§03 利用Arduino测试模块

利用在 Grove Beginner Kits基础实验 所使用的Arduino UNO对于上述模块进行测试。所使用的开发软件利用 Arduino 的 IDE 。

1、测试按键

^{▲ 测试4×4按键}

（1）将4×4按键连接在PD0-8

^{▲ 将按键的8Pins放置在PD2-PD9}

使用到了Arduino的数字IO 2,3,4,...,9 。其中红色对应9。

（2）测试代码

下面是测试的代码。按键上16个按键对应的编码在下面代码中 KEY_n，n=1,2,3，……，F 定义的常量。

/*
**==============================================================================
** TESTKEY.C:             -- by Dr. ZhuoQing, 2021-05-25
**
**==============================================================================
*///------------------------------------------------------------------------------#define KEYLINE_1       2
#define KEYLINE_2       3
#define KEYLINE_3       4
#define KEYLINE_4       5
#define KEYCODE_1       6
#define KEYCODE_2       7
#define KEYCODE_3       8
#define KEYCODE_4       9#define KEY_NULL        0xff
#define KEY_1           0x47
#define KEY_2           0x4B
#define KEY_3           0x4D
#define KEY_4           0x37
#define KEY_5           0x3B
#define KEY_6           0x3D
#define KEY_7           0x27
#define KEY_8           0x2B
#define KEY_9           0x2D
#define KEY_0           0x17
#define KEY_A           0x4E
#define KEY_B           0x3E
#define KEY_C           0x2E
#define KEY_D           0x1E
#define KEY_E           0x1D
#define KEY_F           0x1Bvoid keyLineSet(unsigned char ucLine) {if(ucLine & 0x1)    digitalWrite(KEYLINE_1, HIGH);else digitalWrite(KEYLINE_1, LOW);if(ucLine & 0x2)    digitalWrite(KEYLINE_2, HIGH);else digitalWrite(KEYLINE_2, LOW);if(ucLine & 0x4)    digitalWrite(KEYLINE_3, HIGH);else digitalWrite(KEYLINE_3, LOW);if(ucLine & 0x8)    digitalWrite(KEYLINE_4, HIGH);else digitalWrite(KEYLINE_4, LOW);
}void keySetup(void) {pinMode(KEYLINE_1, OUTPUT);pinMode(KEYLINE_2, OUTPUT);pinMode(KEYLINE_3, OUTPUT);pinMode(KEYLINE_4, OUTPUT);pinMode(KEYCODE_1, INPUT_PULLUP);pinMode(KEYCODE_2, INPUT_PULLUP);pinMode(KEYCODE_3, INPUT_PULLUP);pinMode(KEYCODE_4, INPUT_PULLUP);        keyLineSet(0x0);
}unsigned char keyReadCode(void) {keyLineSet(0xe);if(keyCode() != 0xf) return 0x10 | keyCode();keyLineSet(0xd);if(keyCode() != 0xf) return 0x20 | keyCode();keyLineSet(0xb);if(keyCode() != 0xf) return 0x30 | keyCode();keyLineSet(0x7);if(keyCode() != 0xf) return 0x40 | keyCode();return 0xff;
}unsigned char keyCode(void) {unsigned char ucCode;ucCode = 0x0;if(digitalRead(KEYCODE_1) == HIGH) ucCode |= 0x1;if(digitalRead(KEYCODE_2) == HIGH) ucCode |= 0x2;if(digitalRead(KEYCODE_3) == HIGH) ucCode |= 0x4;if(digitalRead(KEYCODE_4) == HIGH) ucCode |= 0x8;return ucCode;
}//------------------------------------------------------------------------------
unsigned char Hex2Text(unsigned char ucCode) {if(ucCode < 10) {return '0' + ucCode;}return 'A' + ucCode - 10;}void SendHEX8(unsigned char ucCode) {Serial.write(Hex2Text(ucCode >> 4));Serial.write(Hex2Text(ucCode & 0xf));
}//------------------------------------------------------------------------------
void setup(void) {Serial.begin(115200);keySetup();}//------------------------------------------------------------------------------
void loop(void) {delay(250);SendHEX8(keyReadCode());Serial.write("\r\n");
}//==============================================================================
//                END OF THE FILE : TESTKEY.C
//------------------------------------------------------------------------------

2、测试点阵LED

（1）接口定义

点阵LED接口定义：

Data1：IO14 - PC0
Data2：IO15 - PC1
Clk1：IO16 - PC2
Clk2：IO17 - PC3

（2）测试代码

/*
**==============================================================================
** TESTLED.C:             -- by Dr. ZhuoQing, 2021-05-25
**
**==============================================================================
*/#define LED_DATA1       14
#define LED_DATA2       15
#define LED_CLK1        16
#define LED_CLK2        17//------------------------------------------------------------------------------
unsigned char g_ucLEDBuffer[4][16];void ledSetup(void) {int i, j;for(i = 0; i < 4; i ++) {for(j = 0; j < 16; j ++) {g_ucLEDBuffer[i][j] = 0x0;}}pinMode(LED_DATA1, OUTPUT);pinMode(LED_DATA2, OUTPUT);pinMode(LED_CLK1, OUTPUT);pinMode(LED_CLK2, OUTPUT);        digitalWrite(LED_CLK1, HIGH);digitalWrite(LED_CLK2, HIGH);digitalWrite(LED_DATA1, HIGH);digitalWrite(LED_DATA2, HIGH);}void ledSetData12(unsigned char ucData12) {if(ucData12 & 0x1) digitalWrite(LED_DATA1, HIGH);else digitalWrite(LED_DATA1, LOW);if(ucData12 & 0x2) digitalWrite(LED_DATA2, HIGH);else digitalWrite(LED_DATA2, LOW);
}void ledClock1(void) {digitalWrite(LED_CLK1, HIGH);       // clock up 7usdigitalWrite(LED_CLK1, LOW);
}void ledClock2(void) {digitalWrite(LED_CLK2, HIGH);digitalWrite(LED_CLK2, LOW);
}void ledStart(void) {digitalWrite(LED_DATA1, LOW);digitalWrite(LED_DATA2, LOW);digitalWrite(LED_CLK1, LOW);digitalWrite(LED_CLK2, LOW);}void ledStop(void) {digitalWrite(LED_DATA1, LOW);digitalWrite(LED_DATA2, LOW);digitalWrite(LED_CLK1, HIGH);digitalWrite(LED_CLK2, HIGH);digitalWrite(LED_DATA1, HIGH);digitalWrite(LED_DATA2, HIGH);}void ledWriteData(unsigned char ucChar1, unsigned char ucChar2,unsigned char ucChar3, unsigned char ucChar4) {unsigned char i;unsigned char ucMask;ucMask = 0x1;for(i = 0; i < 8; i++) {if(ucChar1 & ucMask) digitalWrite(LED_DATA1, HIGH);else digitalWrite(LED_DATA1, LOW);            if(ucChar2 & ucMask) digitalWrite(LED_DATA2, HIGH);else digitalWrite(LED_DATA2, LOW);            digitalWrite(LED_CLK1, HIGH);       // clock up 7usdigitalWrite(LED_CLK1, LOW);if(ucChar3 & ucMask) digitalWrite(LED_DATA1, HIGH);else digitalWrite(LED_DATA1, LOW);            if(ucChar4 & ucMask) digitalWrite(LED_DATA2, HIGH);else digitalWrite(LED_DATA2, LOW); digitalWrite(LED_CLK2, HIGH);       // clock up 7usdigitalWrite(LED_CLK2, LOW);ucMask = ucMask << 1;}}//------------------------------------------------------------------------------
#define LEDCMD_ADD_INC          0x40
#define LEDCMD_ADD_SET          0x44
#define LEDCMD_MODE_CLOSE       0x80
#define LEDCMD_MODE_OPEN        0x8a//------------------------------------------------------------
void ledWriteByteAll(unsigned char ucChar) {ledWriteData(ucChar, ucChar, ucChar, ucChar);
}void ledWriteData16All(unsigned char ucData) {unsigned char i;ledStart();ledWriteByteAll(LEDCMD_ADD_INC);ledStop();ledStart();ledWriteByteAll(0xc0);for(i = 0; i < 16; i ++) {ledWriteByteAll(ucData);}ledStop();ledStart();    ledWriteByteAll(LEDCMD_MODE_OPEN);ledStop();
}//------------------------------------------------------------------------------
void ledWriteBuffer(void) {unsigned char i;ledStart();ledWriteByteAll(LEDCMD_ADD_INC);ledStop();ledStart();ledWriteByteAll(0xc0);for(i = 0; i < 16; i ++) {ledWriteData(g_ucLEDBuffer[0][i],g_ucLEDBuffer[1][i],g_ucLEDBuffer[2][i],g_ucLEDBuffer[3][i]);}ledStop();    ledStart();    ledWriteByteAll(LEDCMD_MODE_OPEN);ledStop();
}//------------------------------------------------------------------------------
#define LED_PIN         13
void setup(void) {ledSetup();pinMode(LED_PIN, OUTPUT);}//------------------------------------------------------------------------------
unsigned char ucCount = 0;
void loop(void) {int i, j;ucCount ++;if(ucCount & 0x1) digitalWrite(LED_PIN, HIGH);else digitalWrite(LED_PIN, LOW);for(i = 0; i < 4; i ++) {for(j = 0; j < 16; j ++) {g_ucLEDBuffer[i][j] = ucCount;}}ledWriteBuffer();delay(500);
}//==============================================================================
//                END OF THE FILE : TESTLED.C
//------------------------------------------------------------------------------

（3）测试结果

经过测试，发现四个LED点阵显示中，有两个可以同时显示绿色，红色，但有两个只能显示红色。

将这LED点阵模块更换接头，结果仍然是相同的。这说明这个问题与软件以及和电路没有关系，是模块本身自身的问题。

^{▲ 测试结果}

3、测试汉字库

（1）SPI 接口

MEGA358的SPI的接口：

M328 SPI接口定义：

MOSI：PB3(PIN15): IO11
MISO：PB4(PIN16):IO12
SCK：PB5(PIN17):IO13
/SS：: PB2（PIN14）：IO10

注意： 在Arduino中，include<file.h> 中的file名称需要注意大小写
参考信息： Arduino – SPI库 – transfer

/*
**==============================================================================
** TEST1.C:             -- by Dr. ZhuoQing, 2021-05-26
**
**==============================================================================
*/
//------------------------------------------------------------------------------
void setup(void) {SPI.begin();SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV4);Serial.begin(115200);
}
//------------------------------------------------------------------------------
void loop(void) {unsigned char receivedVal;receivedVal = SPI.transfer(0x55);Serial.write(receivedVal);
}
//==============================================================================
//                END OF THE FILE : TEST1.C
//------------------------------------------------------------------------------

^{▲ MOSI（11）,SCK（13）波形}

可以看到SCK的周期为250ns，fosc=16MHzf_{osc} = 16MHzfosc=16MHz四分频（4Mhz）的周期。

（2）与汉字库相连

问题：根据设计没有能够正确读取相应的数据。这部分的实验之后还需要进一步的完善。

※ 测试结果总结 ※

通过前面三个实验分别验证了基于Arduino对于4×4键盘矩阵，四个LED矩阵显示器以及汉字库的读写问题。这为之后进一步设计一体化的电路附加板奠定了基础。

■ 相关文献链接:

GT32L32S0140 GB2312 多字号多字体可读写标准点阵字库芯片
GT32L32S0140 标准电站汉字库芯片数据手册
THM1640
Grove Beginner Kits基础实验
Arduio软件开发环境搭建

GT32L32S0140测试小板AD工程文件:AD\Test\2021\ZYK\Test1.SchDoc ↩︎

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1、测试按键

（1）将4×4按键连接在PD0-8

（2）测试代码

2、测试点阵LED

（1）接口定义

（2）测试代码

（3）测试结果

3、测试汉字库

（1）SPI 接口

（2）与汉字库相连

※ 测试结果总结 ※

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