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带你了解容易被忽略的显示装置:LED灯

2018-12-10
关键词: LED 显示 半导体 电路

LED大家族简述

LED是Light Emitting Diode的缩写,即发光二极管,是一种应用非常广泛的半导体发光/显示元件。发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的,其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性,即正向导通,反向截止、击穿特性。在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区,进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。通过使用不同的材料及工艺,LED可以发出红色、绿色、黄色、白色、蓝色、橙色等光。

在市面上,LED产品有发光二极管、数码管、米字管、符号管、点阵显示屏、LED背光、LED照明灯等,参考如下图1所示。事实上,数码管、米字管、符号管、点阵显示屏……当中的每个发光单元都是一个发光二极管。

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图1 常见LED显示模块

LED特性分析

使用不同材料(管芯材料)的LED,其正向电压也有所不同,在设计电路前要先了解一下它们的基本特性,参考如表1所列。

表1 常用发光二极管基础特性表

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注意:设计LED电路时,工作电流最好小于0.6 IFM,这样LED使用寿命会更长。

独立LED灯驱动电路

1、电源指示灯

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图2 5V和3.3V电源指示灯电路

D1采用红色LED灯(GaAsp管芯),封装形式由产品要求决定。工作电流计算如下:

常规设计,If要在0.5~3mA范围内,减少电源指示灯对电能的消耗。对于5V电源,限流电阻R1推荐采用3K;对于3.3V电源,限流电阻R1推荐采用1K。

2、状态指示灯

对于单片机,其I/O灌电流可达20mA(具体芯片要以数据手册为准),可以直接使用I/O控制LED灯作为状态指示。

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图3 独立LED灯驱动—灌电流方式

当相应的I/O输出0时LED灯点亮,输出1时LED灯熄灭。电流计算公式如下:

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常规设计,If要在2~15mA范围内。当驱动多个LED时要注意,由于CPU对总电流限制,比如100mA,所以要保证多个LED同时点亮的电流要小于总电流。如果使用了绿色的LED灯,由于绿色LED正向压降比红色的大,所以其限流电阻要小一点。

对于单片机,其I/O可以设置为推挽输出模式,驱动电流可达20mA,这类CPU可以采用拉电流的方式驱动,如图4所示。

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图4 独立LED灯驱动—拉电流方式

当相应的I/O输出1时LED灯点亮,输出0时LED灯熄灭。电流计算公式如下:

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通常设I/O的Voh等于VCC。常规设计,If要在2~15mA范围内。当驱动多个LED时要注意,由于CPU对总电流限制,比如100mA,所以要保证多个LED同时点亮的电流要小于总电流。对于其它类型的CPU(如3.3V的ARM),根据其I/O特性,也可以采用这两种驱动方式。

对于2引脚的双色LED,其驱动方式如图5所示。对于I/O可以设置为推挽输出模式的CPU,可以直接使用I/O直接驱动;对于标准51单片机,则需要外加驱动电路,如2个非门。当一个口输出1,另一个口输出0时,其中一个LED灯点亮;如果两个控制口均输出1或均输出0,则LED灯熄灭。

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图5 2引脚双色LED灯驱动电路

总结

本文仅是简单的介绍了嵌入式硬件设计中LED驱动,但整体嵌入式硬件设计对于技术指标的要求是较高的,若产品设计环节可以选用合适核心板进行开发设计。ZLG致远电子嵌入式产品经过近二十年的设计经验积累,从产品的RTC时钟,电源管理,ESD防护电路,各类通讯接口等方面全面保证产品的稳定性。

ZLG致远电子从2001年从8位单片机方案设计开始,逐步掌握ARM7、ARM9、Cortex-A7、A8、A9、M7以及最前沿的A53等ARM体系的处理器应用技术,拥有全系列的工业级ARM核心板与工控机。

同时,基于对嵌入式技术的理解与积累,ZLG自主研发下一代软件开发平台-Aworks实时操作系统,帮助用户基于稳定的软硬件平台快速实现产品开发,基于ZLG工业级核心板/工控板开发的产品已广泛应用于电力、轨道交通、工业现场、医疗等对产品可靠性要求较为苛刻的场合,并不断深入为各行业提供整套行业应用解决方案。