LED大家族簡述

LED是Light Emitting Diode的縮寫，即發光二極管，是一種應用非常廣泛的半導體發光／顯示元件。發光二極管是由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產品有發光二極管、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管。

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 常用發光二極管基礎特性表

注意：設計LED電路時，工作電流最好小于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采用紅色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范圍內。當驅動多個LED時要注意，由于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。

對于單片機，其I／O可以設置為推挽輸出模式，驅動電流可達20mA，這類CPU可以采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等于VCC。常規設計，If要在2～15mA范圍內。當驅動多個LED時要注意，由于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于總電流。對于其它類型的CPU（如3．3V的ARM），根據其I／O特性，也可以采用這兩種驅動方式。

對于2引腳的雙色LED，其驅動方式如圖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；對于標準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件設計中LED驅動，但整體嵌入式硬件設計對于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，基于對嵌入式技術的理解與積累，ZLG自主研發下一代軟件開發平臺－Aworks實時操作系統，幫助用戶基于穩定的軟硬件平臺快速實現產品開發，基于ZLG工業級核心板／工控板開發的產品已廣泛應用于電力、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，并不斷深入為各行業提供整套行業應用解決方案。