简介：本文介绍了一种使用单个IO口独立控制两个LED点亮的方案。并对于不同颜色的LED和不同工作电压下的MCU进行了讨论。给出了在不同的颜色组合、工作电压的情况下不同的驱动方案。

关键词： IO，MCU，单片机IO复用

今天在公众号“芯片之家”看到一篇推文， 介绍使用单片机的一个IO端口，分别控制两个发光二极管各自独立的点亮与熄灭 ，总共四个状态。为了控制两个LED的目的，需要应用到MCU的IO端口的四个工作状态：输出高电平、输出低电平、高阻状态以及输出连续对称方波这四种状态。

在下面的面包板上，演示了使用一条IO控制线控制l两个LED分别点亮和熄灭的四种状态。

^{▲ 一个单片机IO端口分别控制两个LED}

为了理解其中的工作原理，则需要熟悉LED的两个工作特性：
1. 单向导电特性；

2. 导通阈值特性；

正如发光二极管名字所说，LED只能向二极管那样单向导电发光。如果施加电压极性反了，LED则不工作。

导通阈值特性是指，只要施加的正向电压超过一定阈值之后，LED才能够导通。这一点可以从下面这支红色LED的正向V-A特性曲线看出。

^{▲ 红色LED的V-A特性}

上面曲线表明，只有当正向电压超过大约1.5V之后，电流才会出现快速增加。在此之前，正向导通电流很小。

不同颜色的LED由于所使用的半导体材料不同，导通阈值电压会有所区别。比如下面这支黄色LED的正向导通电压超过了1.7V。

^{▲ 黄色LED的V-A曲线}

如果LED发射光谱中包括更短的光谱成分，则相应的导通会更高。下面的绿色和蓝色LED的正向导通电压的阈值都已经超过了2.5V了。

^{▲ 绿色LEDV-A特性曲线}

^{▲ 蓝色LED的V-A曲线}

将不同LED的V-A特性曲线绘制在一起，可以凸显出不同LED的阈值电压的差异。值得说明的是，当电压小于阈值电压的时候，LED并不是不导电，只是电流极小。比如在2.5V，虽然还没有超过蓝色LED的阈值电压，但在LED灯芯处还是能够隐约看到发光。

一旦电压超过阈值电压，LED正向导通电流便会迅速增加到1mA以上。之后虽然电流增加很快，但看起来，在正向导通电流2 ~ 10mA之内，LED都显示为点亮状态，亮度倒是看起来差不多。

^{▲ 不同颜色LED的伏安特性}

合理的应用LED的单向导电和导通阈值特性，便可以在一条单片机IO口的四种工作状态下，来控制两个LED的点亮和熄灭了。

比如利用LED管的单向导通特性，将两个LED正反向并联在一起，分别连接在分压电阻中心和单片机的IO口上，就可以实现单个IO口控制两个LED的目标。在下图中，显示了在一个工作在5V电压下的单片机IO控制两个LED（红色，黄色）的四中状态。

^{▲ 两个LED正反并联连接在MCU的IO口与分压电阻中点}

当IO口为高阻状态，两个LED都熄灭；当IO端口为高电平时，红色LED点亮；当IO端口为低电平的时候，黄色LED点亮；当IO输出方波信号时（通常要求频率大于100Hz），两个LED交替点亮，根据人眼色视觉暂留特性，看起来两个LED都点亮了。

下面动图显示了IO口的四种状态对应两个LED的点亮与熄灭。

^{▲ 对应两个LED四个状态的IO输出波形}

上面的LED并联方案是利用了LED的单向导通特性。如果考虑到LED的阈值特性，这种方案就会受到一定限制。比如，控制的LED绿色或者蓝色时，由于它们的导通阈值电压超过了2.5V，因此绿色和蓝色LED就很难被点亮。

下面动图显示，绿色和蓝色LED只能发出微弱的光线。

^{▲ 对于两个LED四种状态的IO波形}

如果当单片机和LED的供电电压为3.3V时，情况将会更加严重。比如在3.3V供电情况下，使用并联LED方案，对于红色的LED还可以勉强工作，但对于绿色和蓝色LED则无法点亮了。

^{▲ 对于两个LED四种状态的IO波形}

在前面推文中则介绍了另外一种方案，即LED串联方案，可以解决蓝色和绿色LED控制问题。

下图显示了LED串联方案电路示意图：

^{▲ 两个LED串联控制方案}

当IO端口为高阻时，由于两个LED的导通阈值电压之和大于电源电压（+5V），它们都不导通；当IO端口为低电平时；上面的绿色LED点亮；当IO端口为高电平时，下面的蓝色LED点亮；当输出高频方波信号时，两个LED都被点亮。

^{▲ 对应两个LED四种状态IO波形}

串联LED控制模式只能应用于两个LED的电压加起来超过电路电源电压的情况。比如蓝色、绿色LED，工作在3.3V，5V电压下都是可以的。

如果将两个LED更换成红色（1.6V）和绿色（2.5V），使用串联模式，则只能应用在电源电压小于4.1V的情况下，比如3.3V的单片机电路中。如果在5V电路中，则会出现两个LED无法同时熄灭的情况。

下面就显示了一个红色，一个绿色LED工作在5V电源电压下，当IO为高阻时，它们实际上无法熄灭。

^{▲ 对应两个LED四种状态IO波形}

在5V电压下，那么对于红色、绿色LED使用前面并联LED方案行不行呢？

通过实验会发现，也出现了问题。由于绿色LED在2.5V下无法点亮，因此并联方案也无法工作。如下图所示：

^{▲ 对应两个LED四种状态IO波形}

那么问题来了，在5V电压下，该使用什么方案，才能够利用单片机一个IO口的四种模式，来分别控制一个绿色LED和一个红色LED的点亮和熄灭呢？就像下面这个动图里所示的那样。

^{▲ 对于两个LED四种状态的IO波形}

如果并联LED和串联LED工作原理已经理解了，我想此时，你的脑子里已经有了答案了。如果你有了想法，就将答案写在后面的留言中吧。

▌补充说明

在 用一个I/O口控制1个三色指示灯, 2个单色指示灯 ，作者对于串联方案进行补充。使用另外一个二极管对串联的两个LED进行并联，消除无法完全关闭的问题。

^{▲ 改进的方案}

^{▲ 在没有旁滤二极管的时候，红色、黄色LED无法截止}

^{▲ 有着旁滤的二极管是，红色黄色LED可以有效截止了}

^{▲ 增加旁滤二极管的时候，可以有效解决无法截止的问题}

■ 相关文献链接:

介绍使用单片机的一个IO端口，分别控制两个发光二极管各自独立的点亮与熄灭
用一个I/O口控制1个三色指示灯, 2个单色指示灯

▌附录

1.记录不同状态的程序

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# LEDLIGHT.PY                  -- by Dr. ZhuoQing 2021-02-05
#
# Note:
#============================================================from headm import *
from tsmodule.tsvisa        import *#------------------------------------------------------------
gifid = 25
textid = 22dg1062open()def outvolt(v):dg1062volt(1, 0.001)dg1062offset(1, v)dg1062on(1)def outwave(v):dg1062volt(1, v)dg1062offset(1, v/2)dg1062on(1)#------------------------------------------------------------#------------------------------------------------------------tspgiffirst(gifid)outvolt(5)
time.sleep(1)dg1062off(1)time.sleep(2)
tspgifappend(gifid)outvolt(3.3)
time.sleep(1)
outvolt(0)
time.sleep(2)
tspgifappend(gifid)outvolt(5)
time.sleep(1)
outvolt(3.3)
time.sleep(2)
tspgifappend(gifid)outvolt(5)
time.sleep(1)
outwave(3.3)
time.sleep(2)
tspgifappend(gifid)printf('\a')#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : LEDLIGHT.PY
#============================================================

2.测量LED的V-A特性

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST1.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2021-02-05
#
# Note:
#============================================================from headm import *
from tsmodule.tsstm32       import *
from tsmodule.tsvisa        import *vout = linspace(0, 6, 50)
vdim = []
cdim = []#------------------------------------------------------------
voltage = 0
current = 0gifid = 5#------------------------------------------------------------plt.plot(vdim, cdim)
plt.xlabel("Voltage(V)")
plt.ylabel("Current(mA)")
plt.title('Voltage:%5.3fV, Current:%5.3fmA'%(voltage, current))
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.draw()
dh1766volt(0)
plt.pause(.5)tspgiffirst(gifid)#------------------------------------------------------------
for v in vout:dh1766volt(v)time.sleep(1)current = dh1766curr()*1000     # unit:mAmeter = meterval()voltage = meter[0]printff(v, voltage, current)vdim.append(voltage)cdim.append(current)tspsave("ledred", v=vdim, c=cdim)plt.clf()plt.plot(vdim, cdim)plt.xlabel("Voltage(V)")plt.ylabel("Current(mA)")plt.title('Voltage:%5.3fV, Current:%5.3fmA'%(voltage, current))plt.grid(True)plt.tight_layout()plt.draw()plt.pause(.1)tspgifappend(gifid)dh1766volt(5)
printf('\a')#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST1.PY
#============================================================

如何使用一个单片机的IO口控制两个LED？相关推荐

记录一个三个io口控制四个LED灯和一个按键的电路和怎么检测
昨天要写个底层程序发现要控制四个led灯和一个按键,按键开始一直不能很好的检测, 后面论坛问人才搞好. 分时扫描: 前1-4驱动LED,5检测KEY 1,LED1输出高,LED2输出低,LED3输入 ...
IO口多路查理复用：三个单片机IO口控制六个LED
简介: 本文介绍了单片机的IO控制 LED 中的复用技术,特别查理复用基本原理和特点进行了介绍.使用一款IS31FL3731可以构成16×9的PWM亮度可控的 LED 矩阵. 关键词: 查理复用,C ...
单片机两个IO口控制三个LED灯
在项目中经常会遇到单片机IO口资源不够用的情况,那么如何让单片机的IO口利用最大化呢,这里分享一下用单片机两个IO口控制三个LED灯的几种方法. 方法一: S1和S2分别接单片机两个IO口, ...
一个I/O口控制两个LED灯
方案1: 优点:平时基本没有功耗: 缺点:电路复杂. 经本人在PIC18F4550测试板上测试,完全没有问题. 方案二: 本人没有测试. 优点:电路简单缺点:平时还有功耗,二极管VD1一直导通态. ...
用3个IO口控制6个LED灯，怎么做到的？查理复用！
▲ 本文要分析的电路事情是这样开始的. 买了个电动牙刷,几十块钱那种: 收到的实物长这样: 牙刷手柄上有1个按键和6个LED灯: 拆开看看电路板: 可以看出,电路板上用的单片机,只有8个脚,却要控制 ...
如何巧妙利用4个IO口驱动12个LED灯
在电路设计过程中有时经常遇到单片机的IO口不够用的情况.对于这样的问题,我们可以选择换单片机,也可以尝试一些巧妙的设计来避免IO口不够用的问题.例如当我们在设计中遇到许多LED灯需要控制的时候,而单片 ...
巧用GPIO口控制多个LED
3个IO口控制6个LED灯这个电路用到了单片机GPIO的三种状态: 高电平低电平高阻态所谓"高阻态",是指GPIO对外部电路表现出极大的阻抗.因阻抗很大,几乎不会吸入电流, ...
51c语言单片机io口控制实验报告,单片机I/O口控制实验
描述实验单片机I/O 口控制实验一．实验目的利用单片机的P1 口作IO 口,使用户学会利用P1 口作为输入和输出口. 二．实验设备及器件 IBM PC 机一台 DP-51PROC 单片机 ...
8255总线实验编写程序利用8255扩展单片机的IO口，控制8位数码管显示1-8。
8255总线实验编写程序利用8255扩展单片机的IO口,控制8位数码管显示1-8. 程序: #include<reg51.h> #include<absacc.h> #def ...

如何使用一个单片机的IO口控制两个LED？

▌补充说明

▌附录

1.记录不同状态的程序

2.测量LED的V-A特性

如何使用一个单片机的IO口控制两个LED？相关推荐

最新文章

热门文章