Arduinoから多数（〜100）のデジタル出力信号を取得する

Arduinoを使用して約100個の独立したLEDを制御できるようにしたいと思います。問題は、Arduinoにはこのために設定できるピンがほとんどないことです。この問題を解決する方法は何でしょうか？Arduinoからのより複雑な信号を分離してLEDを制御できるチップはありますか？それとも別の解決策がありますか？

まず、Arduinoは100個のLEDを直接駆動できません。デバイスがソースまたはシンクする必要のある合計電流が、マイクロコントローラーとArduinoボード上の電圧レギュレータの両方をはるかに超えるためです。ただし、独自の電源と規制を備えたカスタムArduino シールドは、法案に適合する可能性があります。

いくつかの簡単なアプローチがありますが、最も単純なアプローチを以下に詳しく説明します。

• カスケード構成のTLC5940定電流LEDドライバー：

TLC5940は、ICごとに16個のLEDを駆動し、SPIインターフェースのわずかなバリエーションを介したシリアル入力によって制御されます。最大40台のTLC5940デバイスをカスケード接続できますが、問題の100個のLEDを駆動するには7台で十分です。

少なくともいくつかありArduinoのライブラリ（1、2） TLC5940のために。

Arduinoから送信する推奨クロックレート、および対応するリフレッシュレート：

• このスレッドのコードを使用した1 MHz GSClk 。
• 330 KHz SCLK（シリアルデータクロック）
• これにより、LEDデータリフレッシュレート244 Hz

これは、データシートの式に基づいています。

f（GSCLK）= 4096 * f（更新）
f（SCLK）= 193 * f（更新）* n
ここで、
f（GSCLK）：GSCLKに必要な最小周波数
f（SCLK）：SCLKおよびSINに必要な最小周波数
f（ update）：カスケードシステム全体の更新率
n：TLC5940デバイスのカスケード数

TLC5940は定電流シンクであるため、LEDのアノードは、LED Vfより数ボルト高い電圧、または約7ボルトのいずれか低い方の電圧に接続され、Arduinoの電源ピンから独立して電力が供給されます。この電圧源は、100 *（LEDを実行する電流）を供給できる必要がありますが、調整されていない電源でもかまいません。

LEDカソードは、それぞれのTLC5940 ICのドライブラインに接続されます。

TLC5940自体は、データ書き込み中にデバイスごとに最大Icc = 60 mAを消費するため、Arduinoからそれらの7つに電力を供給しても動作しません。もちろん、使用されているArduinoのVcc、およびグラウンドトレースは、Arduinoのグラウンドに接続する必要があります。TLCパーツをArduinoとは異なる電圧で動作させると、シリアル信号のレベル変換が必要になるため、回避するのが最善です。

カスケード接続されたTLC5940 ICでArduinoを使用する方法を示すYouTubeビデオがいくつかあります。

• MAX7219（シリアル）/ MAX7221（SPI） 8桁LEDディスプレイドライバー：

これらのICは7セグメントの数値LEDディスプレイを駆動するように設計されていますが、個別のLED制御を提供するため、ICごとに最大64個のLEDに使用できます。そのうちの2つをカスケード接続して、必要な100個のLEDを駆動できます。データシートの13ページにカスケード構成が示されています。

この設計では、LEDはそれぞれ1つのカソードライン（共通カソード）を共有する最大8つのLEDのグループとして電気的に接続する必要があります。

MAX7219 / 7221は多重化LEDドライバであるため、LEDの最大輝度は前のセクションのような静的LEDドライバよりも低くなります。

以下は、MAX7219を使用した有用なLEDマトリックスライブラリとガイドです。

いくつかの関連するYouTubeの動画（1、2）関心のものであってもよいです。

• Charlieplexing： SPI LEDドライバ、MAX6950 / MAX6951

繰り返しますが、これらのICは7セグメントの数値LEDディスプレイを駆動するように設計されており、個別のLED制御を提供するため、ICごとに最大40/64個のLEDに使用できます。それらの2/3をArduino SPIバスに接続して、必要な100個のLEDを駆動できます。

デザインノートは前のセクションと同じままです。また、個々のLEDの最大輝度は、MAX7219のストレートマルチプレックス設計の場合よりも低くなります。

興味深いかもしれないいくつかのYouTubeビデオがあります。

• 個別のコンポーネント設計、シフトレジスタ、IOエクスパンダー、個々のコントローラーを備えた切断可能なLEDストリップなど

これらはすべて、さまざまなレベルの単純さと成功で使用されてきたアプローチです。これらは上記の3つのアプローチよりも複雑な実装であるため、これ以上詳しく説明しません。Webを検索すると、必要に応じてこれらのアプローチの有用なガイドが得られます。

このような設計で重要な点は、すべてのLEDまたはLEDストリングに電流制御抵抗器が必要なことです。通常、LED駆動用に特別に設計されたデバイスはこれを必要としません。

私はこの最後の一連のオプションに個人的な経験がないので、あまり助けにはなりません。

脚注：この質問に答えた後、古い質問を見つけました。これには、私の最後のセクションでいくつかのアプローチを詳しく説明し、議論した答えがあります。そのスレッドは、「宿題としてさらに読む」という興味深いものです。