【硬件設計】嵌入式輸出設備設計
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……中的每個發光單元都是一個發光二極管。
1．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
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。
2．獨立LED燈驅動電路
①電源指示燈
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：
If = (VCC – 1.7) / R1
= (VCC – 1.7) / R1
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。
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：
If = (VCC – Vf) / R1 ,其中GaAsp紅色LED的Vf為1.7V
GaAsp綠色LED的Vf為2.3V
= (VCC – Vf) / R1, 其中GaAsp紅色LED的Vf為1.7V
GaAsp綠色LED的Vf為2.3V
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。
/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：
If = (Voh – Vf) / R1,其中GaAsp紅色LED的Vf為1.7V
GaAsp綠色LED的Vf為2.3V
If = (Voh – Vf) / R1 , 其中GaAsp紅色LED的Vf為1.7V
GaAsp綠色LED的Vf為2.3V
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。
