前幾天發了一篇文章：
《巧用1個GPIO控制2個LED顯示4種狀態》（點擊閱讀）
同步發在公眾號「晶片之家」上，引起了大家的熱烈討論。當時沒有帶具體的實驗現象，有點小遺憾。
清華大學的卓老師看到之後，做了具體的實驗分析。不僅重點分析了串並聯兩種實現方式，還對串聯方式時兩個LED存在微亮的問題提出了解決方案。
文章講解得非常到位，有理有據，實在是「實踐出真知的典範」。
下面分享給大家，通過實驗看用1個GPIO控制2個LED顯示4種狀態的實驗現象，原文如下：
在下面的麵包板上，演示了使用一條IO控制線控制兩個LED分別點亮和熄滅的四種狀態。
▲ 一個個單片機IO埠分別控制兩個LED為了理解其中的工作原理，則需要熟悉LED的兩個工作特性：
正如發光二極體名字所說，LED只能向二極體那樣單向導電發光。如果施加電壓極性反了，LED則不工作。
導通閾值特性是指，只要施加的正向電壓超過一定閾值之後，LED才能夠導通。這一點可以從下面這支紅色LED的正向V-A特性曲線看出。
▲ 紅色LED的V-A特性上面曲線表明，只有當正向電壓超過大約1.6V之後，電流才會出現快速增加。在此之前，正嚮導通電流很小。
不同顏色的LED由於所使用的半導體材料不同，導通閾值電壓會有所區別。比如下面這支黃色LED的正嚮導通電壓超過了1.7V。
▲ 黃色LED的V-A曲線如果LED發射光譜中包括更短的光譜成分，則相應的導通閾值會更高。下面的綠色和藍色LED的正嚮導通電壓的閾值都已經超過了2.5V了。
▲ 綠色LEDV-A特性曲線將不同LED的V-A特性曲線繪製在一起，可以凸顯出不同LED的閾值電壓的差異。值得說明的是，當電壓小於閾值電壓的時候，LED並不是不導電，只是電流極小。比如在2.5V，雖然還沒有超過藍色LED的閾值電壓，但在LED燈芯處還是能夠隱約看到發光。
一旦電壓超過閾值電壓，LED正嚮導通電流便會迅速增加到1mA以上。之後雖然電流增加很快，但在導通電流2 ~ 10mA之內，LED都顯示為點亮狀態，亮度倒是看起來差不多。
▲ 不同顏色LED的伏安特性合理應用LED的單向導電和導通閾值特性，便可以在一條單片機IO口的四種工作狀態下，來控制兩個LED的點亮和熄滅了。
比如利用LED管的單向導通特性，將兩個LED正反向並聯在一起，分別連接在分壓電阻中心和單片機的IO口上，就可以實現單個IO口控制兩個LED的目標。在下圖中，顯示了在一個工作在5V電壓下的單片機IO控制兩個LED（紅色，黃色）的四種狀態。
▲ 兩個LED正反並聯連接在MCU的IO口與分壓電阻中點當IO口為高阻狀態，兩個LED都熄滅；當IO埠為高電平時，紅色LED點亮；當IO埠為低電平的時候，黃色LED點亮；當IO輸出方波信號時（通常要求頻率大於100Hz），兩個LED交替點亮，根據人眼色視覺暫留特性，看起來兩個LED都點亮了。
下面動圖顯示了IO口的四種狀態對應兩個LED的點亮與熄滅。
▲ 對應兩個LED四個狀態的IO輸出波形上面的LED並聯方案是利用了LED的單向導通特性。如果考慮到LED的閾值特性，這種方案就會受到一定限制。比如，控制的LED綠色或者藍色時，由於它們的導通閾值電壓超過了2.5V，因此綠色和藍色LED就很難被點亮。
下面動圖顯示，綠色和藍色LED只能發出微弱的光線。
▲ 對於兩個LED四種狀態的IO波形如果當單片機和LED的供電電壓為3.3V時，情況將會更加嚴重。比如在3.3V供電情況下，使用並聯LED方案，對於紅色的LED還可以勉強工作，但對於綠色和藍色LED則無法點亮了。
▲ 對於兩個LED四種狀態的IO波形在前面推文中則介紹了另外一種方案，即LED串聯方案，可以解決藍色和綠色LED閾值電壓高的問題。
下圖顯示了LED串聯方案電路示意圖：
▲ 兩個LED串聯控制方案當IO埠為高阻時，由於兩個LED的導通閾值電壓之和大於電源電壓（+5V），它們都不導通；當IO埠為低電平時；上面的綠色LED點亮；當IO埠為高電平時，下面的藍色LED點亮；當輸出高頻方波信號時，兩個LED都被點亮。
下面動圖顯示了麵包板上綠色和藍色串聯工作狀態下，並一條IO埠控制的情況：
串聯LED控制模式只能應用於兩個LED的電壓加起來超過電路電源電壓的情況。比如藍色、綠色LED，工作在3.3V，5V電壓下都是可以的。
如果將兩個LED更換成紅色（1.6V）和綠色（2.5V），使用串聯模式，則只能應用在電源電壓小於4.1V的情況下，比如3.3V的單片機電路中。如果在5V電路中，則會出現兩個LED無法同時熄滅的情況。
下面就顯示了一個紅色，一個綠色LED工作在5V電源電壓下，當IO為高阻時，它們實際上無法熄滅。
▲ 對應兩個LED四種狀態IO波形在5V電壓下，那麼對於紅色、綠色LED使用前面並聯LED方案行不行呢？
通過實驗會發現，也出現了問題。由於綠色LED在2.5V下無法點亮，因此並聯方案也無法工作。如下圖所示：
▲ 對應兩個LED四種狀態IO波形那麼問題來了，在5V電壓下，該使用什麼方案，才能夠利用單片機一個IO口的四種模式，來分別控制一個綠色LED和一個紅色LED的點亮和熄滅呢？就像下面這個動圖裡所示的那樣。
▲ 對於兩個LED四種狀態的IO波形如果你對並聯LED和串聯LED工作原理已經理解了，我想此時，你的腦子裡已經有了答案了。如果你有了想法，就將答案寫在後面的留言中吧。（答案就在上圖中）
對串聯方案的補充說明
使用另外一個二極體對串聯的兩個LED進行並聯，消除無法完全關閉的問題。
▲ 改進的方案▲ 在沒有旁濾二極體的時候，紅色、黃色LED無法截止▲ 有著旁濾的二極體是，紅色黃色LED可以有效截止了▲ 增加旁濾二極體的時候，可以有效解決無法截止的問題