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1600万色Lled灯珠有哪些品牌ED如何驱动?

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本文将起首论述LED的根蒂根基常识,然后会商多色LED的上风,以后先容哪些是适合的多色LED解决方案,末了申明怎样将LED毗连到微节制器,以孕育发生多达1600万种差别的颜色。

LED的布局与道理

在设计带LED的电路时,务必记住这些器件不是白炽灯胆,而是刚好能发光的半导体器件(二极管)。作为二极管,它们凡是只答应电流重要流向一个标的目的(二极管其实不抱负,是以在反向偏置时会孕育发生少许电流)。

平凡LED的发光部门是位于组件中央的简朴半导体二极管,由单个p-n布局成(图1)。电流从毗连到P型硅的LED阳极流向毗连到N型硅的LED阴极。在平凡二极管中,p-n结凡是是锗 (Ge) 或者硅 (Si)。然而,对于于LED而言,这个结凡是是透明的磷砷化镓 (GaAsP) 或者磷化镓 (GaP) 半导体质料。

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图1:LED组件含有半导体p-n结芯片,可以使电流从阳极流到阴极。带透镜的透明外壳可让用户轻松看到孕育发生的发射光。(图片来历:维基百科)

哄骗透明的GaAsP或者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,而该镜腔可将光子堆积到LED透镜。LED的透镜以及本体由透明环氧树脂构成,而树脂可选择性地举行着色,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毗连到称为极柱的引线框上。铁砧以及极柱的外形可以使它们与LED环氧树脂本体形成安稳毗连,从而没法将阳极或者阴极引脚从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,包孕红色、绿色、黄色、虎魄色、青色、橙色、粉色、紫色和近来呈现的白色以及蓝色。单色LED配备的半导体芯片由可孕育发生所需光芒波长的质料构成,而且LED环氧树脂壳体组件凡是具备不异的颜色。虽然不需要使透镜具备与发射光不异的颜色,但主要的是,要轻易辨认LED元件的颜色,避免与其他LED混合。

多色LED

对于于某些空间、成本以及功耗受限的体系而言,最佳使用一个能发出多种颜色的LED。凡是环境下,这类多色LED在一个透明环氧树脂外壳内部配备三个LED,别离是红色、绿色以及蓝色 (RGB)。Adafruit Industries的2739 RGB LED就是一个很好的例子(图2)。该LED专为多色唆使灯而设计,配有一个宽2.5妹妹、高5 妹妹的矩形透镜发光外貌,和四根可在PC板长进行通孔安装的径向引线。

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图2:Adafruit的2739 RGB LED接纳宽2.5妹妹、高5妹妹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。(图片来历:Adafruit Industries)

凡是环境下,三个内部LED中的任何一个都可以零丁使用,也可与其他LED联合使用,以孕育发生差别的颜色。

多色RGB LED凡是有三种引脚结构:

1)所有LED共用一个阳极,每一个LED有一个阴极,统共四个引脚

2)所有LED共用一个阴极,每一个LED有一个阳极,统共四个引脚

3)每一个阳极以及阴极都分配引脚,统共六个引脚

使用多色LED举行设计

Adafruit的2739 RGB LED具备一个共阳极,红色、绿色以及蓝色LED的每一个阴极都分配引脚,统共四个引脚(图 3)。共阳极毗连到正极电源,而每一个红色、绿色以及蓝色LED经由过程接地来接通。

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图3:Adafruit的2739 RGB LED具备一个共阳极,而红色、绿色以及蓝色LED别离配有一个零丁的阴极。(图片来历:Adafruit Industries)

怎样天生多种颜色

假如某种运用只需要显示三种状况中的一种,那末使用2739 RGB LED的最简朴要领是一次打开一个LED,用户可以选择红色、绿色或者蓝色中的一种。

对于于多种颜色,设计职员可以简朴地将两种颜色组合在一路,提供如下六种颜色选项:

红色

绿色

蓝色

黄色(红色 + 绿色)

青色(绿色 + 蓝色)

洋红色(红色 + 蓝色)

为了体例清楚的项目文档,显示的颜色应该清楚易辨,而且易于口头确认。例如,具备全电流的绿色LED可以在LED规格书中记载为“绿黄色”。然而,当LED亮起时,年夜大都消费者以及开发职员在被问实时,城市将颜色辨认为“绿色”。不管颜色的现实名称怎样,用户都应该可以或许经由过程视觉以及标签轻松区别出差别的颜色。很少有人可以或许容易地辨认出“绿色”以及“绿黄色”之间的区分,假如这两种颜色并排出现,则可能将绿黄色辨认为“绿色”,将绿色辨认为“深绿色”。

对于于更繁杂的运用,可以按差别的强度组合RGB,从而孕育发生多达1600万种颜色。实现这一目的的靠得住要领是:将脉冲宽度调制 (PWM) 旌旗灯号运用于每一个LED,此中占空比与强度相对于应。人眼可以辨认出200赫兹 (Hz) 或者更慢的闪耀频率,是以,为了不闪耀,应使用1000Hz或者更快的PWM频率。

颜色可经由过程RGB色码轻松选择。这基于RGB加色模子,此中红光、绿光以及蓝光在强度上各不不异,组合在一路险些可以从头天生任何颜色。该模子合用于光芒,是电视以及显示屏中色采再现的依据,还可用于出现网页上的颜色。

RGB色码的简写用 (R,G,B) 暗示,此中R、G以及B是红色、绿色以及蓝色强度的十进制值,规模介于0到255之间。例如,蓝色的十进制RGB色码为 (0,0,255),紫色为 (128,0,128),银色为 (192,192,192)。在确定每一种颜色的PWM占空比时,需将这些值除了以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) 暗示,而且可经由过程同时打开全强度的红色、绿色以及蓝色LED来天生。然而,在实践中,经由过程该要领孕育发生的颜色凡是是带有偏蓝色调的白色。呈现这类色调是由于,天生的LED颜色与抱负的红色、绿色以及蓝色的切确波长不彻底匹配。

微节制器很轻易天生所需的PWM帖片led灯珠旌旗灯号。Microchip Technology的ATSAMC21J18A就是一个适合的例子(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微节制器系列产物之一。它配有48MHz Arm® Cortex®-M0+内核,撑持5伏I/O电压。

http://www.cntronics.com/art/artinfo/id/80037479

图4:ATSAMC21J18A微节制用具有按时器/计数器单位,可以或许主动天生三个同步PWM旌旗灯号。(图片来历:Microchip Technology)

为了驱动LED,ATSAMC21J18A配有按时器/计数器单位,可以或许主动天生三个同步PWM旌旗灯号。SAM C21系列产物配有高电流阱选件,可以使毗连各电流阱的四个I/O引脚的最年夜电流为20毫安 (mA)。

使用LED时,选择准确的串联电阻器来限定电流很是主要。电阻值过小的电阻器会粉碎LED,而电阻值太高的电阻器会致使光芒暗淡或者无光。串联电阻器的值由每一个LED的正向电压以及所需的电流决议。

LED是电流节制的半导体。此外,值患上留意的是,因为质料的物理特征,LED的事情电压会跟着发射光波长的减小而增长,这是使用多个LED时要思量的主要因素。

当Adafruit的2739 RGB LED正向电流为20 mA时,Adafruit 图表中划定的LED典型正向电压为2伏(红色)以及3.2伏(绿以及蓝色)。

假如共阳极毗连到5伏电压,那末LED以及I/O引脚之间的电阻值由如下等式确定:

http://www.cntronics.com/art/artinfo/id/80037479

此中:

VDD = 5伏

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

VF = 正向电压(典型值)

I = 正向电流,单元:安培

R = 电阻值,单元:欧姆 (Ω)

在I = 20mA的环境下使用该公式,成果是:RRED (VF = 2 V) = 125Ω,RGREEN = RBLUE (VF = 3.2V) = 65Ω。

假如计较出的电阻不克不及作为尺度电阻值,开发职员可以选择下一个较低值,或者者下一个较高值(首选)。假如选择较低值,则必需留意,不患上跨越该LED的最年夜正向电压或者ATSAMC21J18A I/O端口的最年夜电流注意灌输能力。虽然在跨越这些最年夜值时LED仍旧可以事情,但可能会降低LED的使用寿命,也可能跟着时间的推移,降低I/O端口的机能或者毁坏该端口。或者者,假如运用仍能接管较暗光芒,则可以降低正向电流。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(红色)以及3.1伏(绿色以及蓝色),如许会致使电阻值RRED = 173.3Ω,RGREEN = RBLUE = 93.3Ω。

因为ATSAMC21J18A可经由过程节制接地毗连来节制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,必需颠倒计较出的RGB色码占空比。例如,假如颜色需要25%的占空比,则PWM必需能孕育发生75%的占空比,才气使LED在25%的周期时间内事情。此外,假如LED必需在上电时熄灭,则微节制器启动代码必需能使三个引脚处于逻辑高电平。

ATSAMC21J18A配备256Kb闪存、32Kb RAM以及各类模仿外设。该微节制器还配有六个串行通讯模块 (SERCOM),每一个模块均可以作为USART、SPI、LIN从器件或者I2C接口

智能RGB LED设计

使用RGB LED天生多种颜色的另外一种要领是对于其举行编程。智能LED是一个术语,用来描写这类带有可编程串行接口的多色LED。American Bright Optoelectrled灯珠的亮度onics的BL-HBGR32L-3-TRB-8就是一个很好的例子。它是一款5妹妹方形RGB LED,可使用800千赫 (kHz) I2C接口举行编程,从而孕育发生任何颜色(图5)。

http://www.cntronics.com/art/artinfo/id/80037479

图5: American Bright的BL-HBGR32L-3-TRB-8是一款尺寸为5妹妹的方形六引脚数字RGB LED,配有I2C纵贯引脚结构,可以使多个器件以菊花链体式格局毗连在统一I2C接口上。(图片来历: American Bright Optoelectronics Corp.)

I2C接口不仅可以节约板空间,并且可以简化微节制器代码,这类便当性极年夜简化了设计。ATSAMC21J18A上的一个SERCOM端口可配置为I2C串行接口,以便轻松毗连到BL-HBGR32L-3-TRB-8。参考图5中的引脚结构,来自ATSAMC21J18A微节制器的I2C数据旌旗灯号毗连到引脚1数据输入旌旗灯号,I2C时钟毗连到引脚2时钟输入。

在对于BL-HBGR32L-3-TRB-8 LED的颜色举行编程时,需要发送四个代表全局亮度设置以及RGB色码的字节,作为一个32位字。这款智能LED在引脚6上配有数据输出纵贯,在引脚5上配有I2C时钟纵贯,如许可以使多个LED可以或许以菊花链体式格局毗连在一路,以便每一个LED可以显示差别的颜色。

总结

相识多色RGB LED的驱动体式格局以后,不仅可以节约空间、成本以及功耗,还可以加强终端体系、装备、状况唆使灯或者照明体系的雅观性及用户界面。开发职员既可以选择能对于每一个LED举行彻底节制的尺度RGB LED,也能够选择能对于颜色举行编程节制的智能LED。此外,当触及到凡是用于孕育发生PWM节制旌旗灯号的微节制器时,今朝有很多低功耗、低成本选项可供选择。

编纂:wenwei来


标签:LED驱动微控制器

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