單片機(jī)上的發(fā)光二極管(LED 燈)

LED(light-emitting diode)，即發(fā)光二極管，俗稱 LED 小燈，它的種類很多，參數(shù)也不盡相同，我們板子上用的是普通的貼片發(fā)光二極管。這種二極管通常的正向?qū)妷菏?1.8 V到 2.2 V 之間，工作電流一般在 1 mA～20 mA 之間。其中，當(dāng)電流在 1 mA～5 mA 之間變化時(shí)，隨著通過(guò) LED 的電流越來(lái)越大，我們的肉眼會(huì)明顯感覺(jué)到這個(gè)小燈越來(lái)越亮，而當(dāng)電流從 5 mA～20 mA 之間變化時(shí)，我們看到的發(fā)光二極管的亮度變化就不是太明顯了。當(dāng)電流超過(guò) 20 mA 時(shí)，LED 就會(huì)有燒壞的危險(xiǎn)了，電流越大，燒壞的也就越快。所以我們?cè)谑褂眠^(guò)程中應(yīng)該特別注意它在電流參數(shù)上的設(shè)計(jì)要求。

那么下面我們來(lái)看一下這個(gè)發(fā)光二極管在開(kāi)發(fā)板上的設(shè)計(jì)應(yīng)用。首先來(lái)看圖2-3。

http://wiki.jikexueyuan.com/project/mcu-tutorial-one/images/3.png" alt="" />

圖2-3 USB 接口電路

圖2-3是我們開(kāi)發(fā)板上的 USB 接口電路，通過(guò) USB 線，電腦給我們的開(kāi)發(fā)板供電和下載程序以及實(shí)現(xiàn)電腦和開(kāi)發(fā)板之間的通信。從圖上可以看出，USB 座共有6個(gè)接口，其中2腳和3腳是數(shù)據(jù)通信引腳，1腳和4腳是電源引腳，1腳是 VCC 正電源，4腳是 GND 即地線。5腳和6腳是外殼，我們直接接到了 GND 上，大家可以觀察一下開(kāi)發(fā)板上的這個(gè) USB 座的6個(gè)引腳。

我們現(xiàn)在主要來(lái)看1腳 VCC 和4腳 GND。1腳通過(guò) F1（自恢復(fù)保險(xiǎn)絲）接到右側(cè)，在正常工作的情況下，保險(xiǎn)絲可以直接看成導(dǎo)線，因此左右兩邊都是 USB 電源 +5 V，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的作用是，當(dāng)你后級(jí)電路哪個(gè)地方有發(fā)生短路的時(shí)候，保險(xiǎn)絲會(huì)自動(dòng)切斷電路，保護(hù)開(kāi)發(fā)板以及電腦的 USB 口，當(dāng)電路正常后，保險(xiǎn)絲會(huì)恢復(fù)暢通，正常工作。

右側(cè)有2條支路，第一條是在 +5 V 和 GND 接了一個(gè) 470 uF 的電容，電容是隔離直流的，所以這條支路是沒(méi)有電流的，電容的作用，我們下節(jié)課再介紹，這節(jié)課我們主要看第二條支路。我們把第二條支路摘取出來(lái)就是如圖2-4這個(gè)樣子。

http://wiki.jikexueyuan.com/project/mcu-tutorial-one/images/4.png" alt="" />

圖2-4 LED 小燈電路（一）

發(fā)光二極管是二極管中的一種，因此和普通二極管一樣，這個(gè)二極管也有陰極和陽(yáng)極，習(xí)慣上也稱之為負(fù)極和正極。原理圖里的 LED 畫(huà)成這樣方便在電路上觀察，方向必須接對(duì)了才會(huì)有電流通過(guò)讓 LED 小燈發(fā)光。剛才提到了我們接入的 VCC 電壓是 5 V，發(fā)光二極管自身壓降大概是 2 V，那么在右邊 R34 這個(gè)電阻上承受的電壓就是 3 V。那么現(xiàn)在我們要求電流范圍是 1~20 mA 的話，就可以根據(jù)歐姆定律 R=U/I，把這個(gè)電阻的上限和下限值求出來(lái)。

U=3 V，當(dāng)電流是 1 mA 的時(shí)候，電阻值是 3 K；當(dāng)電流是 20 mA 的時(shí)候，電阻值是150歐，也就是 R34 的取值范圍是 150~3 K 歐姆。這個(gè)電阻值大小的變化，直接可以限制整條通路的電流的大小，因此這個(gè)電阻我們通常稱之為“限流電阻”。在圖2-3中，我們用的電阻是 1 K，這條支路電流的大小，我想大家可以輕松計(jì)算出來(lái)了，而這個(gè)發(fā)光二極管在這里的作用，是作為電源指示燈的，使用 USB 線將開(kāi)發(fā)板和電腦連起來(lái)，這個(gè)燈就會(huì)亮了。

同理，我們?cè)诎遄雍蠹?jí)開(kāi)關(guān)控制的地方，又添加了一個(gè) LED10 發(fā)光二極管，作用就是當(dāng)我們打開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，這個(gè)二極管才會(huì)亮起，如圖2-5所示。

http://wiki.jikexueyuan.com/project/mcu-tutorial-one/images/5.png" alt="" />

圖2-5 USB 供電電路

大家注意，這里的開(kāi)關(guān)雖然只有一個(gè)，但是是2路的，2路開(kāi)關(guān)并聯(lián)能更好的確保給后級(jí)提供更大的電流。電容 C19 和 C10，都是隔離斷開(kāi)直流的，作用我們下節(jié)課介紹，這里大家可以忽略。

那么下面呢，我們把圖2-4進(jìn)行一下變化，把右側(cè)的 GND 去掉，改成一個(gè)單片機(jī)的 IO 口，如圖2-6 所示。

http://wiki.jikexueyuan.com/project/mcu-tutorial-one/images/6.png" alt="" />

圖2-6 LED 小燈電路（二）

圖2-4由于電源從正極到負(fù)極有電壓差，并且電路是導(dǎo)通的，所以就會(huì)有電流通過(guò)，LED 小燈因?yàn)橛辛穗娏魍ㄟ^(guò)，所以就會(huì)直接發(fā)光。我們把右側(cè)的原 GND 處接到單片機(jī) P0.0 引腳上，那么如果我們單片機(jī)輸出一個(gè)低電平，也就是跟 GND 一樣的 0 V 電壓，就可以讓 LED 小燈和圖2-4一樣發(fā)光了。

因?yàn)槲覀兊膯纹瑱C(jī)是可以編程控制的，我們可以讓 P0.0 這個(gè)引腳輸出一個(gè)高電平，就是跟 VCC 一樣的 5 V 電壓，那么這個(gè)時(shí)候，左側(cè) VCC 電壓和右側(cè)的 P0.0 的電壓是一致的，那就沒(méi)有電壓差，沒(méi)有電壓差就不會(huì)產(chǎn)生電流，沒(méi)有電流 LED 小燈就不會(huì)亮，也就是會(huì)處于熄滅狀態(tài)。下面，我們就用我們的編程軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)控制小燈的亮和滅。