《電子技術(shù)應(yīng)用》
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帶你了解容易被忽略的顯示裝置:LED燈

2018-12-11
關(guān)鍵詞: LED 顯示 半導(dǎo)體 電路

LED大家族簡述

LED是Light Emitting Diode的縮寫,,即發(fā)光二極管,,是一種應(yīng)用非常廣泛的半導(dǎo)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(dǎo)體制成的,其核心是PN結(jié),。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性,,即正向?qū)ǎ聪蚪刂?、擊穿特性,。在正向電壓下,電子由N區(qū)注入P區(qū),,空穴由P區(qū)注入N區(qū),進(jìn)入對方區(qū)域的少數(shù)載流子(少子)一部分與多數(shù)載流子(多子)復(fù)合而發(fā)光,。通過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(lán)色,、橙色等光,。

在市面上,LED產(chǎn)品有發(fā)光二極管,、數(shù)碼管,、米字管、符號(hào)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(shù)碼管,、米字管,、符號(hào)管、點(diǎn)陣顯示屏……當(dāng)中的每個(gè)發(fā)光單元都是一個(gè)發(fā)光二極管,。

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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(shè)計(jì)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(chǔ)特性表

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注意:設(shè)計(jì)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,。

獨(dú)立LED燈驅(qū)動(dòng)電路

1,、電源指示燈

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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(jì)算如下:

常規(guī)設(shè)計(jì),,If要在0.5~3mA范圍內(nèi),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(jī),,其I/O灌電流可達(dá)20mA(具體芯片要以數(shù)據(jù)手冊為準(zhǔn)),,可以直接使用I/O控制LED燈作為狀態(tài)指示。

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圖3 獨(dú)立LED燈驅(qū)動(dòng)—灌電流方式

當(dāng)相應(yīng)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(jì)算公式如下:

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常規(guī)設(shè)計(jì),If要在2~15mA范圍內(nèi),。當(dāng)驅(qū)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(jī),其I/O可以設(shè)置為推挽輸出模式,,驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)20mA,,這類CPU可以采用拉電流的方式驅(qū)動(dòng),如圖4所示,。

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圖4 獨(dú)立LED燈驅(qū)動(dòng)—拉電流方式

當(dāng)相應(yīng)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(jì)算公式如下:

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通常設(shè)I/O的Voh等于VCC,。常規(guī)設(shè)計(jì),,If要在2~15mA范圍內(nèi)。當(dāng)驅(qū)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。對于其它類型的CPU(如3.3V的ARM),,根據(jù)其I/O特性,,也可以采用這兩種驅(qū)動(dòng)方式。

對于2引腳的雙色LED,,其驅(qū)動(dòng)方式如圖5所示,。對于I/O可以設(shè)置為推挽輸出模式的CPU,可以直接使用I/O直接驅(qū)動(dòng),;對于標(biāo)準(zhǔn)51單片機(jī),,則需要外加驅(qū)動(dòng)電路,如2個(gè)非門,。當(dāng)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。

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圖5 2引腳雙色LED燈驅(qū)動(dòng)電路

總結(jié)

本文僅是簡單的介紹了嵌入式硬件設(shè)計(jì)中LED驅(qū)動(dòng),,但整體嵌入式硬件設(shè)計(jì)對于技術(shù)指標(biāo)的要求是較高的,若產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)可以選用合適核心板進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì),。ZLG致遠(yuǎn)電子嵌入式產(chǎn)品經(jīng)過近二十年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累,,從產(chǎn)品的RTC時(shí)鐘,電源管理,,ESD防護(hù)電路,,各類通訊接口等方面全面保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

ZLG致遠(yuǎn)電子從2001年從8位單片機(jī)方案設(shè)計(jì)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(yīng)用技術(shù),,擁有全系列的工業(yè)級(jí)ARM核心板與工控機(jī),。

同時(shí),基于對嵌入式技術(shù)的理解與積累,,ZLG自主研發(fā)下一代軟件開發(fā)平臺(tái)-Aworks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),,幫助用戶基于穩(wěn)定的軟硬件平臺(tái)快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā),基于ZLG工業(yè)級(jí)核心板/工控板開發(fā)的產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于電力,、軌道交通,、工業(yè)現(xiàn)場,、醫(yī)療等對產(chǎn)品可靠性要求較為苛刻的場合,并不斷深入為各行業(yè)提供整套行業(yè)應(yīng)用解決方案,。


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