工程师们经常为了节省一两个IO口想各种方案想到抠脑壳，今天给大家整点活儿，介绍一种超级节省IO口的LED灯控制方案。
5个IO口控制20个LED灯，而且可以对每个LED灯实现单独控制。电路结构如下：

注意一下这种电路网络，其中有交点的地方才代表两根线之间是相交的，如果在画PCB的时候，这种交点是需要单独放置的。
以这种电路结构为基础，IO通过输出高电平，低电平，或者高阻态，可以实现5个IO口控制20个LED灯。首先先来理解一下单个LED灯的导通状态：

在三种IO状态下LED灯两端的IO口状态有六种情况，只有阳极高电平，阴极低电平的情况下，LED灯可以正常导通。
回到上述的LED网络中，我们可以采用动态扫描的方式，实现对每一颗LED灯的单独控制，先将LED网络按照扫描顺序划分组别：

首先，在一个周期的时间内，保证所有的LED灯都有被点亮的可能性，上述扫描方式将20颗LED灯分为了12组，再按照特定时序进行扫描，保证了一个周期内所有LED灯都可以被点亮，扫描顺序如下：

我们在看扫描时序时，用低电平作为参考，在一个周期内，当处于第一个相位时， IO2为低，IO1为高，其他的IO处于高阻态，此时，只有第一个LED灯被点亮，而第二个周期内，IO1为低，IO2和IO3为高，此时第二个和第三个LED灯被点亮，以此类推，按照上述时序，在一个周期内，所有的LED灯都可被单独控制点亮或熄灭。如果按上述时序进行动态扫描，在一秒中之内，扫描速度够快，由于LED灯的余晖效应，看起来所有的灯都会呈现点亮状态。这种扫描方案下，单片机IO口的源电流和灌电流都不会太大，同一时刻单个IO口承受的灌电流不会超过两个LED灯的总电流值。
上述扫描方式某国内芯片厂商利用单片机IO口所实现的LED阵列扫描方案，已经实现在某款单片机内部逻辑上，且无任何外加的电路结构。但是我在研究这种扫描方式时，想到了另一种扫描方式：

同样是以每个IO口低电平作为扫描参考：

此时IO1在第一相位处于低电平时，其他IO拉高表示点亮对应LED，高阻表示不点亮对应LED，以此类推，这种扫描方案看起来也可以实现对每个LED灯的单独控制。
在这种扫描方式下，时序会简单很多，只是同一时刻，IO的灌电流会增大，不过IO灌电流由于是接到地的，个人认为稍大一点也无妨，且由于是动态扫描，其平均电流完全达不到LED常导通时的水平。
关于上述LED电路的结构，换种方式画出来可能大家更清晰一点：

从上面的电路可以看得出来，五个IO并非是这种控制方案的极限，6个IO可以控制30个LED，7个IO可以控制42个LED等等，在动态扫描的时序上也需要相应增加相位，第一种控制方案的话，在8个IO控制56个LED灯时，单个周期内需要32个低电平进行控制，而第二种方案则只需要8个相位，但是相应源电流会进一步增大。大家可以一起探究一下两种方案的优劣，欢迎大家在评论区留言讨论。
如果大家对于文中关于IO或者LED灯的概念有模糊的地方，可以看看我以前写的关于GPIO和LED的文章~