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帶你了解容易被忽略的顯示裝置:LED燈

2018-12-11
關鍵詞: LED 顯示 半導體 電路

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。

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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

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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

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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。

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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:

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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。

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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:

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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。

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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。


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