LED在開發板上的設計應用

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LED(light-emitting diode)，即發光二極管，俗稱 LED 小燈，它的種類很多，參數也不盡相同，我們板子上用的是普通的貼片發光二極管。這種二極管通常的正向導通電壓是 1.8V到 2.2V 之間，工作電流一般在 1mA～20mA 之間。其中，當電流在 1mA～5mA 之間變化時，隨著通過 LED 的電流越來越大，我們的肉眼會明顯感覺到這個小燈越來越亮，而當電流從5mA～20mA 之間變化時，我們看到的發光二極管的亮度變化就不是太明顯了。當電流超過20mA 時，LED 就會有燒壞的危險了，電流越大，燒壞的也就越快。所以我們在使用過程中應該特別注意它在電流參數上的設計要求。

那么下面我們來看一下這個發光二極管在開發板上的設計應用。首先來看圖 2-3。

圖 2-3  USB 接口電路

圖 2-3 是我們開發板上的 USB 接口電路，通過 USB 線，電腦給我們的開發板供電和下載程序以及實現電腦和開發板之間的通信。從圖上可以看出，USB 座共有 6 個接口，其中 2腳和 3 腳是數據通信引腳，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發板上的這個 USB座的 6 個引腳。

我們現在主要來看 1 腳 VCC 和 4 腳 GND。1 腳通過 F1（自恢復保險絲）接到右側，在正常工作的情況下，保險絲可以直接看成導線，因此左右兩邊都是 USB 電源+5V，自恢復保險絲的作用是，當你后級電路哪個地方有發生短路的時候，保險絲會自動切斷電路，保護開發板以及電腦的 USB 口，當電路正常后，保險絲會恢復暢通，正常工作。

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

圖 2-4  LED 小燈電路（一）

發光二極管是二極管中的一種，因此和普通二極管一樣，這個二極管也有陰極和陽極，習慣上也稱之為負極和正極。原理圖里的 LED 畫成這樣方便在電路上觀察，方向必須接對了才會有電流通過讓 LED 小燈發光。剛才提到了我們接入的 VCC 電壓是 5V，發光二極管自身壓降大概是 2V，那么在右邊 R34 這個電阻上承受的電壓就是 3V。那么現在我們要求電流范圍是 1~20mA 的話，就可以根據歐姆定律 R=U/I，把這個電阻的上限和下限值求出來。

U=3V，當電流是 1mA 的時候，電阻值是 3K；當電流是 20mA 的時候，電阻值是 150歐，也就是 R34 的取值范圍是 150~3K 歐姆。這個電阻值大小的變化，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1K，這條支路電流的大小，我想大家可以輕松計算出來了，而這個發光二極管在這里的作用，是作為電源指示燈的，使用 USB 線將開發板和電腦連起來，這個燈就會亮了。

同理，我們在板子后級開關控制的地方，又添加了一個 LED10 發光二極管，作用就是當我們打開開關時，這個二極管才會亮起，如圖 2-5 所示。

圖 2-5  USB 供電電路

大家注意，這里的開關雖然只有一個，但是是 2 路的，2 路開關并聯能更好的確保給后級提供更大的電流。電容 C19 和 C10，都是隔離斷開直流的，作用我們下節課介紹，這里大家可以忽略。

那么下面呢，我們把圖 2-4 進行一下變化，把右側的 GND 去掉，改成一個單片機的 IO口，如圖 2-6 所示。

圖 2-6  LED 小燈電路（二）

圖 2-4 由于電源從正極到負極有電壓差，并且電路是導通的，所以就會有電流通過，LED小燈因為有了電流通過，所以就會直接發光。我們把右側的原 GND 處接到單片機 P0.0 引腳上，那么如果我們單片機輸出一個低電平，也就是跟 GND 一樣的 0V 電壓，就可以讓 LED小燈和圖 2-4 一樣發光了。

因為我們的單片機是可以編程控制的，我們可以讓 P0.0 這個引腳輸出一個高電平，就是跟 VCC 一樣的 5V 電壓，那么這個時候，左側 VCC 電壓和右側的 P0.0 的電壓是一致的，那就沒有電壓差，沒有電壓差就不會產生電流，沒有電流 LED 小燈就不會亮，也就是會處于熄滅狀態。下面，我們就用我們的編程軟件來實現控制小燈的亮和滅。

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