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新蒲京客户端网站:多色LED的驱动设计方案



发光二极管 (LED) 是一种简单经济的状态信息显示措施。然则,对付某些项目而言,一个单色LED可能不敷。而因为空间、资源或功耗限定,多个LED又可能不太现实。针对这些环境,多色LED供给了一种有效的办理规划,条件是这种LED能与微节制器精确连接。

本文将首先阐述LED的根基常识,然后评论争论多色LED的上风,之后先容哪些是相宜的多色LED办理规划,着末阐明若何将LED连接到微节制器,以孕育发生多达1600万种不合的颜色。

LED的布局与道理

在设计带LED的电路时,务必记着这些器件不是白炽灯泡,而是正好能发光的半导体器件(二极管)。作为二极管,它们平日只容许电流主要流向一个偏向(二极管并不抱负,是以在反向偏置时会孕育发生少量电流)。

通俗LED的发光部分是位于组件中间的简单半导体二极管,由单个p-n布局成(图1)。电流从连接到P型硅的LED阳极流向连接到N型硅的LED阴极。在通俗二极管中,p-n结平日是锗 (Ge) 或硅 (Si)。然而,对付LED而言,这个结平日是透明的磷砷化镓 (GaAsP) 或磷化镓 (GaP) 半导体材料。

图1:LED组件含有半导体p-n结芯片,可使电流从阳极流到阴极。带透镜的透明外壳可以让用户轻松看到孕育发生的发射光。

使用透明的GaAsP或GaP,施加在p-n结上的正向电压会从半导体开释出光子。p-n结安装在反射镜腔上,而该镜腔可将光子凑集到LED透镜。LED的透镜和本体由透明环氧树脂组成,而树脂可选择性地进行着色,以匹配发射光的颜色。

反射镜腔位于称为铁砧的引线框上,阴极经由过程接合线连接到称为极柱的引线框上。铁砧和极柱的外形可使它们与LED环氧树脂本体形成牢靠连接,从而无法将阳极或阴极引脚从LED环氧树脂本体上拉出,造成LED毁坏。

单色LED

LED有多种颜色可供选择,包括血色、绿色、黄色、琥珀色、青色、橙色、粉色、紫色以及近来呈现的白色和蓝色。单色LED配备的半导体芯片由可孕育发生所需毫光波长的材料组成,并且LED环氧树脂壳体组件平日具有相同的颜色。虽然不必要使透镜具有与发射光相同的颜色,但紧张的是,要轻易识别LED元件的颜色,防止与其他LED肴杂。

多色LED

对付某些空间、资源和功耗受限的系统而言,最好应用一个能发出多种颜色的LED。平日环境下,这种多色LED在一个透明环氧树脂外壳内部配备三个LED,分手是血色、绿色和蓝色 (RGB)。Adafruit Industries的2739RGB LED便是一个很新蒲京客户端网站好的例子(图2)。该LED专为多色唆使灯而设计,配有一个宽2.5mm、高5 mm的矩形透镜发光外面,以及四根可在PC板长进行通孔安装的径向引线。

图2:Adafruit的2739 RGB LED采纳宽2.5mm、高5mm的透明环氧树脂矩形透镜,并带有四根径向引线,用于在PC板长进行通孔安装。(图片滥觞:Adafruit Industries)

平日环境下,三个内部LED中的任何一个均可以零丁应用,也可与其他LED结合应用,以孕育发生不合的颜色。

多色RGB LED平日有三种引脚结构:

1)所有LED共用一个阳极,每个LED有一个阴极,统共四个引脚

2)所有LED共用一个阴极,每个LED有一个阳极,统共四个引脚

3)每个阳极和阴极都分配引脚,统共六个引脚

应用多色LED进行设计

Adafruit的2739 RGB LED具有一个共阳极,血色、绿色和蓝色LED的每个阴极都分配引脚,统共四个引脚(图 3)。共阳极连接到正极电源,而每个血色、绿色和蓝色LED经由过程接地来接通。

图3:Adafruit的2739 RGB LED具有一个共阳极,而血色、绿色和蓝色LED分手配有一个零丁的阴极。(图片滥觞:Adafruit Industries)

若何天生多种颜色

假如某种利用只必要显示三种状态中的一种,那么应用2739 RGB LED的最简单措施是一次打开一个LED,用户可以选择血色、绿色或蓝色中的一种。

对付多种颜色,设计职员可以简单地将两种颜色组合在一路,供给以下六种颜色选项:

•血色

•绿色

•蓝色

•黄色(血色 + 绿色)

•青色(绿色 + 蓝色)

•洋血色(血色 + 蓝色)

为了体例清晰的项目文档,显示的颜色应该清晰易辨,并且易于口头确认。例如,具有全电流的绿色LED可以在LED规格书中记录为“绿黄色”。然而,当LED亮起时,大年夜多半破费者和开拓职员在被问及时,都邑将颜色辨觉得“绿色”。无论颜色的实际名称若何,用户都应该能够经由过程视觉和标签轻松区分出不合的颜色。很少有人能够随意马虎地识别出“绿色”和“绿黄色”之间的差别,假如这两种颜色并排出现,则可能将绿黄色辨觉得“绿色”,将绿色辨觉得“深绿色”。

对付更繁杂的利用,可以按不合的强度组合RGB,从而孕育发生多达1600万种颜色。实现这一目的的靠得住措施是:将脉冲宽度调制 (PWM) 旌旗灯号利用于每个LED,此中占空比与强度相对应。人眼可以识别出200赫兹 (Hz) 或更慢的闪烁频率,是以,为了避免闪烁,应应用1000Hz或更快的PWM频率。

颜色可经由过程RGB色码轻松选择。这基于RGB加色模型,此中红光、绿光和蓝光在强度上各不相同,组合在一路险些可以从新天生任何颜色。该模型适用于毫光,是电视和显示屏中色彩再现的依据,还可用于出现网页上的颜色。

RGB色码的简写用 (R,G,B) 表示,此中R、G和B是血色、绿色和蓝色强度的十进制值,范围介于0到255之间。例如,蓝色的十进制RGB色码新蒲京客户端网站为 (0,0,255),紫色为 (128,0,128),银色为 (192,192,192)。在确定每种颜色的PWM占空比时,需将这些值除以255,是以蓝色的占空比为 (0,0,100%),紫色的占空比为 (50%,0,50%),银色的占空比为 (75%,75%,75%)。

从理论上讲,白光由 (255,255,255) 表示,并且可经由过程同时打开全强度的血色、绿色和蓝色LED来天生。然而,在实践中,经由过程该措施孕育发生的颜色平日是带有偏蓝色调的白色。呈现这种色调是由于,天生的LED颜色与抱负的血色、绿色和蓝色的正确波长不完全匹配。

微节制器很轻易天生所需的PWM旌旗灯号。Microchip Technology的ATSAMC21J18A便是一个相宜的例子(图4)。该微节制器是一款用于物联网端点的低功耗器件,是该公司SAM C21微节制器系列产品之一。它配有48MHzArmCortex-M0+内核,支持5伏I/O电压。

图4:ATSAMC21J18A微节制用具有准时器/计数器单元,能够自动天生三个同步PWM旌旗灯号。(图片滥觞:Microchip Technology)

为了驱动LED,ATSAMC21J18A配有准时器/计数器单元,能够自动天生三个同步PWM旌新蒲京客户端网站旗灯号。SAM C21系列产品配有高电流阱选件,可使连接各电流阱的四个I/O引脚的最大年夜电流为20毫安 (mA)。

应用LED时,选择精确的串联电阻器来限定电流异常紧张。电阻值太小的电阻器会破坏LED,而电阻值过高的电阻器会导致毫光惨淡或无光。串联电阻器的值由每个LED的正向电压和所需的电流抉择。

LED是电流节制的半导体。此外,值得留意的是,因为材料的物理特点,LED的事情电压会跟着发射光波长的减小而增添,这是应用多个LED时要斟酌的紧张身分。

当Adafruit的2739 RGB LED正向电流为20 mA时,Adafruit 图表中规定的LED范例正向电压为2伏(血色)和3.2伏(绿和蓝色)。

假如共阳极连接到5伏电压,那么LED和I/O引脚之间的电阻值由以下等式确定:

此中:

VDD= 5伏

VOL= ATSAMC21J18A 的输出低压 = 0.1 x VDD= 0.5伏

VF= 正向电压(范例值)

I = 正向电流,单位:安培

R = 电阻值,单位:欧姆 ()

在I = 20mA的环境下应用该公式,结果是:RRED(VF= 2 V) = 125,RGREEN= RBLUE(VF= 3.2V) = 65。

假如谋略出的电阻不能作为标准电阻值,开拓职员可以选择下一个较低值,或者下一个较高值(新蒲京客户端网站首选)。假如选择较低值,则必须留意,不得跨越该LED的最大年夜正向电压或ATSAMC21J18A I/O端口的最大年夜电流注意灌输能力。虽然在跨越这些最大年夜值时LED仍旧可以事情,但可能会低落LED的应用寿命,也可能跟着光阴的推移,低落I/O端口的机能或毁坏该端口。或者,假如利用仍能吸收较暗毫光,则可以低落正向电流。例如,当正向电流为15mA时,Adafruit的2739 RGB LED指定正向电压会降至1.9伏(血色)和3.1伏(绿色和蓝色),这样会导致电阻值RRED= 173.3,RGREEN= RBLUE= 93.3。

因为ATSAMC21J18A可经由过程节制接地连接来节制LED,当I/O端口为逻辑低电日常平凡,单个LED亮起;当I/O端口为逻辑高电日常平凡,单个LED熄灭。是以,必须颠倒谋略出的RGB色码占空比。例如,假如颜色必要25%的占空比,则PWM必须能孕育发生75%的占空比,才能使LED在25%的周期光阴内事情。此外,假如LED必须在上电时熄灭,则微节制器启动代码必须能使三个引脚处于逻辑高电平。

ATSAMC21J18A配备256Kb闪存、32Kb RAM和各类模拟外设。该微节制器还配有六个串行通信模块 (SERCOM),每个模块都可以作为USART、SPI、LIN从器件或I2C接口

智能RGB LED设计

应用RGB LED天生多种颜色的另一种措施是对其进行编程。智能LED是一个术语,用来描述这种带有可编程串行接口的多色LED。American Bright Optoelectronics的BL-HBGR32L-3-TRB-8便是一个很好的例子。它是一款5mm方形RGB LED,可以应用800千赫 (kHz) I2C接口进行编程,从而孕育发生任何颜色(图5)。

图5: American Bright的BL-HBGR32L-3-TRB-8是一款尺寸为5mm的方形六引脚数字RGB LED,配有I2C纵贯引脚结构,可使多个器件以菊花链要领连接在同一I2C接口上。(图片滥觞: American Bright Optoelectronics Corp.)

I2C接口不仅可以节省板空间,而且可以简化微节制器代码,这种便利性极大年夜简化了设计。ATSAMC21J18A上的一个SERCOM端口可设置设置设备摆设摆设为I2C串行接口,以便轻松连接到BL-HBGR32L-3-TRB-8。参考图5中的引脚结构,来自ATSAMC21J18A微节制器的I2C数据旌旗灯号连接到引脚1数据输入旌旗灯号,I2C时钟连接到引脚2时钟输入。

在对BL-HBGR32L-3-TRB-8 LED的颜色进行编程时,必要发送四个代表全局亮度设置和RGB色码的字节,作为一个32位字。新蒲京客户端网站这款智能LED在引脚6上配稀有据输出纵贯,在引脚5上配有I2C时钟纵贯,这样可使多个LED能够以菊花链要领连接在一路,以便每个LED可以显示不合的颜色。

总结

懂得多色RGB LED的驱动要领之后,不仅可以节省空间、资源和功耗,还可以增强终端系统、设备、状态唆使灯或照明系统的美不雅性及用户界面。开拓职员既可以选择能对每个LED进行完全节制的标准RGB LED,也可以选择能对颜色进行编程节制的智能LED。此外,当涉及到平日用于孕育发生PWM节制旌旗灯号的微节制器时,今朝有许多低功耗、低资源选项可供选择。

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