LED電路設計

　　現今人們看到最多的顯示裝置是什么?大家的回答想必都是顯示屏，其實(shí)有一個(gè)已經(jīng)融入我們生活各個(gè)角落的重要顯示裝置，那就是常見(jiàn)的小LED，他們是如何實(shí)現顯示呢?

　　上期我們從“藍黑白金裙”之爭說(shuō)到屏幕圖形格式轉換，(詳細可點(diǎn)擊查看《【干貨】從色彩角度看人機交互界面設計》)，但顯示裝置除了屏幕外，還有很多不起眼但卻融入我們生活各個(gè)角落的重要小角色，比如我們常見(jiàn)的LED，想要點(diǎn)亮他們其實(shí)可以更簡(jiǎn)單。

　　LED大家族簡(jiǎn)述

　　LED是Light Emitting Diode的縮寫(xiě)，即發(fā)光二極管，是一種應用非常廣泛的半導體發(fā)光/顯示元件。發(fā)光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)等半導體制成的，其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-N特性，即正向導通，反向截止、擊穿特性。在正向電壓下，電子由N區注入P區，空穴由P區注入N區，進(jìn)入對方區域的少數載流子(少子)一部分與多數載流子(多子)復合而發(fā)光。通過(guò)使用不同的材料及工藝，LED可以發(fā)出紅色、綠色、黃色、白色、藍色、橙色等光。

　　在市面上，LED產(chǎn)品有發(fā)光二極管、數碼管、米字管、符號管、點(diǎn)陣顯示屏、LED背光、LED照明燈等，參考如下圖1所示。事實(shí)上，數碼管、米字管、符號管、點(diǎn)陣顯示屏……當中的每個(gè)發(fā)光單元都是一個(gè)發(fā)光二極管。

　　圖1 常見(jiàn)LED顯示模塊

　　LED特性分析

　　使用不同材料(管芯材料)的LED，其正向電壓也有所不同，在設計電路前要先了解一下它們的基本特性，參考如表1所列。

　　表1 常用發(fā)光二極管基礎特性表

　　注意：設計LED電路時(shí)，工作電流最好小于0.6 IFM，這樣LED使用壽命會(huì )更長(cháng)。

　　獨立LED燈驅動(dòng)電路

　　1、電源指示燈

　　圖2 5V和3.3V電源指示燈電路

　　D1采用紅色LED燈(GaAsp管芯)，封裝形式由產(chǎn)品要求決定。工作電流計算如下：

　　常規設計，If要在0.5～3mA范圍內，減少電源指示燈對電能的消耗。對于5V電源，限流電阻R1推薦采用3K;對于3.3V電源，限流電阻R1推薦采用1K。

　　2、狀態(tài)指示燈

　　對于單片機，其I/O灌電流可達20mA(具體芯片要以數據手冊為準)，可以直接使用I/O控制LED燈作為狀態(tài)指示。

　　圖3 獨立LED燈驅動(dòng)—灌電流方式

　　當相應的I/O輸出0時(shí)LED燈點(diǎn)亮，輸出1時(shí)LED燈熄滅。電流計算公式如下：

　　常規設計，If要在2～15mA范圍內。當驅動(dòng)多個(gè)LED時(shí)要注意，由于CPU對總電流限制，比如100mA，所以要保證多個(gè)LED同時(shí)點(diǎn)亮的電流要小于總電流。如果使用了綠色的LED燈，由于綠色LED正向壓降比紅色的大，所以其限流電阻要小一點(diǎn)。

　　對于單片機，其I/O可以設置為推挽輸出模式，驅動(dòng)電流可達20mA，這類(lèi)CPU可以采用拉電流的方式驅動(dòng)，如圖4所示。

　　圖4 獨立LED燈驅動(dòng)—拉電流方式

　　當相應的I/O輸出1時(shí)LED燈點(diǎn)亮，輸出0時(shí)LED燈熄滅。電流計算公式如下：

　　通常設I/O的Voh等于VCC。常規設計，If要在2～15mA范圍內。當驅動(dòng)多個(gè)LED時(shí)要注意，由于CPU對總電流限制，比如100mA，所以要保證多個(gè)LED同時(shí)點(diǎn)亮的電流要小于總電流。對于其它類(lèi)型的CPU(如3.3V的ARM)，根據其I/O特性，也可以采用這兩種驅動(dòng)方式。

　　對于2引腳的雙色LED，其驅動(dòng)方式如圖5所示。對于I/O可以設置為推挽輸出模式的CPU，可以直接使用I/O直接驅動(dòng);對于標準51單片機，則需要外加驅動(dòng)電路，如2個(gè)非門(mén)。當一個(gè)口輸出1，另一個(gè)口輸出0時(shí)，其中一個(gè)LED燈點(diǎn)亮;如果兩個(gè)控制口均輸出1或均輸出0，則LED燈熄滅。

　　圖5 2引腳雙色LED燈驅動(dòng)電路

　　總結

　　本文僅是簡(jiǎn)單的介紹了嵌入式硬件設計中LED驅動(dòng)，但整體嵌入式硬件設計對于技術(shù)指標的要求是較高的，若產(chǎn)品設計環(huán)節可以選用合適核心板進(jìn)行開(kāi)發(fā)設計。ZLG致遠電子嵌入式產(chǎn)品經(jīng)過(guò)近二十年的設計經(jīng)驗積累，從產(chǎn)品的RTC時(shí)鐘，電源管理，ESD防護電路，各類(lèi)通訊接口等方面全面保證產(chǎn)品的穩定性。

　　ZLG致遠電子從2001年從8位單片機方案設計開(kāi)始，逐步掌握ARM7、ARM9、Cortex-A7、A8、A9、M7以及最前沿的A53等ARM體系的處理器應用技術(shù)，擁有全系列的工業(yè)級ARM核心板與工控機。

　　同時(shí)，基于對嵌入式技術(shù)的理解與積累，ZLG自主研發(fā)下一代軟件開(kāi)發(fā)平臺-Aworks實(shí)時(shí)操作系統，幫助用戶(hù)基于穩定的軟硬件平臺快速實(shí)現產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，基于ZLG工業(yè)級核心板/工控板開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品已廣泛應用于電力、軌道交通、工業(yè)現場(chǎng)、醫療等對產(chǎn)品可靠性要求較為苛刻的場(chǎng)合，并不斷深入為各行業(yè)提供整套行業(yè)應用解決方案。