LED電路設計

　　現今人們看到最多的顯示裝置是什麼?大家的回答想必都是顯示屏，其實有一個已經融入我們生活各個角落的重要顯示裝置，那就是常見的小LED，他們是如何實現顯示呢?

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201812/395644.htm

　　上期我們從「藍黑白金裙」之爭說到屏幕圖形格式轉換，(詳細可點擊查看《【乾貨】從色彩角度看人機互動界面設計》)，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角落的重要小角色，比如我們常見的LED，想要點亮他們其實可以更簡單。

　　LED大家族簡述

　　LED是Light Emitting Diode的縮寫，即發光二極體，是一種應用非常廣泛的半導體發光/顯示元件。發光二極體是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)等半導體製成的，其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-N特性，即正嚮導通，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，進入對方區域的少數載流子(少子)一部分與多數載流子(多子)複合而發光。通過使用不同的材料及工藝，LED可以發出紅色、綠色、黃色、白色、藍色、橙色等光。

　　在市面上，LED產品有發光二極體、數碼管、米字管、符號管、點陣顯示屏、LED背光、LED照明燈等，參考如下圖1所示。事實上，數碼管、米字管、符號管、點陣顯示屏……當中的每個發光單元都是一個發光二極體。

　　

　　圖1 常見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 常用發光二極體基礎特性表

　　注意：設計LED電路時，工作電流最好小於0.6 IFM，這樣LED使用壽命會更長。

　　獨立LED燈驅動電路

　　1、電源指示燈

　　

　　圖2 5V和3.3V電源指示燈電路

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

　　

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

　　2、狀態指示燈

　　對於單片機，其I/O灌電流可達20mA(具體晶片要以數據手冊為準)，可以直接使用I/O控制LED燈作為狀態指示。

　　

　　圖3 獨立LED燈驅動—灌電流方式

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

　　

　　常規設計，If要在2～15mA範圍內。當驅動多個LED時要注意，由於CPU對總電流限制，比如100mA，所以要保證多個LED同時點亮的電流要小於總電流。如果使用了綠色的LED燈，由於綠色LED正向壓降比紅色的大，所以其限流電阻要小一點。

　　對於單片機，其I/O可以設置為推輓輸出模式，驅動電流可達20mA，這類CPU可以採用拉電流的方式驅動，如圖4所示。

　　

　　圖4 獨立LED燈驅動—拉電流方式

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

　　

　　通常設I/O的Voh等於VCC。常規設計，If要在2～15mA範圍內。當驅動多個LED時要注意，由於CPU對總電流限制，比如100mA，所以要保證多個LED同時點亮的電流要小於總電流。對於其它類型的CPU(如3.3V的ARM)，根據其I/O特性，也可以採用這兩種驅動方式。

　　對於2引腳的雙色LED，其驅動方式如圖5所示。對於I/O可以設置為推輓輸出模式的CPU，可以直接使用I/O直接驅動;對於標準51單片機，則需要外加驅動電路，如2個非門。當一個口輸出1，另一個口輸出0時，其中一個LED燈點亮;如果兩個控制口均輸出1或均輸出0，則LED燈熄滅。

　　

　　圖5 2引腳雙色LED燈驅動電路

　　總結

　　本文僅是簡單的介紹了嵌入式硬體設計中LED驅動，但整體嵌入式硬體設計對於技術指標的要求是較高的，若產品設計環節可以選用合適核心板進行開發設計。ZLG致遠電子嵌入式產品經過近二十年的設計經驗積累，從產品的RTC時鐘，電源管理，ESD防護電路，各類通訊接口等方面全面保證產品的穩定性。

　　ZLG致遠電子從2001年從8位單片機方案設計開始，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，擁有全系列的工業級ARM核心板與工控機。

　　同時，基於對嵌入式技術的理解與積累，ZLG自主研發下一代軟體開發平臺-Aworks實時作業系統，幫助用戶基於穩定的軟硬體平臺快速實現產品開發，基於ZLG工業級核心板/工控板開發的產品已廣泛應用於電力、軌道交通、工業現場、醫療等對產品可靠性要求較為苛刻的場合，並不斷深入為各行業提供整套行業應用解決方案。