單片機中LED發光二極管的編程探討

崔世瑤

摘要：單片機是一種應用非常廣泛的集成電路芯片，單片機采用超大規模集成電路技術，將中央處理器、隨機存儲器、只讀存儲器和中斷系統、定時技術系統等集合在一起。單片機使用CPU器件，其中一個非常重要的器件就是發光二極管，其工作原理和常見的編程方法有特定的規律。

關鍵詞：單片機;LED發光;二極管;編程;探討

引言：

單片機的體積較小、價格相對低廉，可以應用于大部分的工程，功能比較強大，使用可靠性較高，在控制方面難度也不是很大，成為工業測控領域內的智能化控制工具。單片機所使用的發光二極管LED控制是單片機使用的初級入門階段。

1.發光二極管LED應用的工作原理

發光二極管Light-Emitting Diode簡稱為LED，由鎵（Ga）與砷（As）、磷（P）的化合物制成的二極管。發光二極管，與普通二極管一樣，由PN結組成，單向導電性，因此，二極管如果加上正向電壓之后，從一個區域注入到另一個區域的空穴，再由PN附近的數微米內分別與N區的電子和P區的空穴復合，產生自發輻射的熒光，因而，可以用來制成發光二極管。二極管發光LED在電路和儀器中作為指示燈，一般來說以文字的形式或者電子數字的形式來顯示。由于LED只能往一個方向進行導通處理，發光二極管的反向擊穿電阻一般來說為5伏左右，其正向的伏安特性曲線往往很陡。人們在使用的時候，常常采用串聯限流電阻控制LED電流，只有LED電流被控制之后，才有可能有效的調節LED的亮度。

2.LED的編程方式

發光二極管的分類和點亮方式，在不同的情境下有不同的使用過程，當發光二極管作為交流電源指示燈的時候，只要連接220伏50赫茲的交流供電線路，LED燈將自然被點亮，當支持電源接通的時候，限流電阻R的阻值為220V/IF。交流開關指示燈，如果使用LED作為白熾燈開關來指示，開關斷開之后燈泡自然熄滅。當電流經過R、LED和燈泡BL就會形成回路，LED燈亮，方便人們在黑暗中找到開關。本質燈泡被點亮，LED燈就會熄滅，此時開關被接通。有時候人們還會使用交流電源插座指示燈，使用雙色供應及LED作為交流電源插座作為指示燈的電路，當紅色LED燈亮時插座無電，當綠色LED燈亮時插座有電。還有保險管座指示燈LED，當保險管完好的時候，LED燈不亮，當保險管熔斷的時候，LED燈被自然點亮，用戶可以根據這個具體的現象和點亮情況，判斷哪個熔斷器被燒斷。面對這些不同的情境，LED的編程方式是截然不同的。

2.1單個發光二極管的控制編程

單片機是數字電路，其輸出和輸入有高電平1和低電平0之分，一般來說電壓的范圍，0-0.4伏為低電平，大于2伏為高電平，單片機輸出低電平0，使得LED和電阻通路的兩端產生電勢差。一般產生5V電源，滿足LED燈的參數，點亮LED燈。當單片機P1.0口輸出高電平的時候，電勢差約為0，不滿足LED燈亮的要求，LED燈就會熄滅，這是單片機的編程思路和基礎，這也是編程程序使用的基礎。如果想要使單個發光二極管的編程程序正常使用，使得發光二極管點亮之后，那么二極管的正極通過電阻R直接接通到電源VCC上，單個發光二極管的正向導通，必須使陰極為低電平，人員將使用軟件控制和監測，形成完整的通路程序。完整的通路程序一般希望達到這樣的效果：使得發光二極管單一的二極管不停的閃爍，產生一亮一滅的效果，這一工作原理是使得發光二極管通過編程被點亮，并延遲一段較短的時間，然后二極管再次被熄滅，也進行時間的延遲，在不斷的循環之中就可以觀察到發光二極管作為單片機上一亮一滅不停閃爍的器件使用。最常見的延時方式一般會采用軟件延時或者定時器技術延時，通過實驗表明軟件延時的方式比較穩定，工作原理采用每一條編程指令運行，使用前不容易出現問題，運行數量的時鐘周期可以很好的實現延時的功能。晶振為12MHz，那么12個振蕩周期為1us，延時1ms延時。

2.2多個發光二極管的控制

發光二極管的兩根引線中較長的一根為正極，應接電源正極。有的發光二極管的兩根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。LED只能往一個方向進行導通通電，這是LED的單向導通性。正向偏置的電流導入，當電子與空穴發生復合的時候就會發出單色光，這是一種電制光效應，光線的波長顏色和所采用的半導體材料種類，都與其滲入的原色雜質有關。白色發光二極管使用頻率近幾年來有明顯的提升，其速度高、可靠性高，與傳統的光源相比有非常多的優點，而在編程的時候，人們希望LED在光電轉換效率時能夠更有效率，不能低于新型熒光燈，尤其是將LED燈與單片機結合使用的時候，LED在光電轉化效率上必須高于以往的傳統電源，其發光強度和光強分布，需要有規律的被軟件編程所控制，學習不斷提升軟件編程控制的頻率已經遠遠高于計時器控制的頻率，對于LED的光譜特性，根據其單色性的優良，人們也有所控制，要求適應不同的單片機使用需求。將多個發光二極管的控制原理與單個發光二極管的控制原理相比較，多個發光二極管同樣需要面臨一亮一滅的閃爍，連接5-8個LED，同時閃爍和關閉的發光LED可以實現，有效控制的燈源不停的閃爍，閃爍期可以同步進行，也可以循環進行，循環有時以奇數偶數來對應進行，有時以不同的數據順序串聯閃爍進行，只要控制好端口的時間延長，就可以計算完整的計算程序。

2.3花樣流水燈的控制編程

LED被稱為第四代光源，具有節能、環保、安全、壽命長、低功耗、低熱、高亮度、防水、微型、防震、易調光、光束集中、維護簡便等特點，可以廣泛應用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明等領域。LED優點：電光轉化效率高（接近60%，綠色環保、壽命長（可達10萬小時）、工作電壓低（3V左右）、反復開關無損壽命、體積小、發熱少、亮度高、堅固耐用、易于調光、色彩多樣、光束集中穩定、啟動無延時?；蚨O管亮度和多色化的發展進程，其應用領域也得以不斷的擴展，在單片機的使用過程中，游泳人們經常會將白色光源和彩色光源連接貫通，希望能夠進一步的提高亮度和指示的精確度，無論是作為單片機上的指示信號，還是作為某種使用過程中的基本電源，發光二極管在使用的過程中往往被控制的程序越來越復雜，甚至有很多時候呈現出交替變換的花樣流水燈，流水燈呈現出色彩繽紛或燈光閃爍的效果，遠遠看去流光溢彩，很多單位在生產LED發光二極管的過程中，為了擴大產業發展規模，常常研制出編程非常不同的高亮度，或快速閃爍發光二極管，這些二極管的分類雖然不同，但是在考察的時候，我們都采用恒流或者恒壓的方式，采用多種調光方式來模擬LED電流的發光調光，大多數的LED指示燈在應用到單片機的時候，都采用恒流控制，從而可以做好花樣流水燈與單片機的對接銜接工作。花樣流水二極管連接都能應用。在近幾年來，其應用范圍越來越廣泛，實際上其工作原理與前面兩種原理是一致的，將不同控制狀態的控制端口一塊延時，在特定的時效和時間之內就完全可以做到花樣流水燈的控制結果。軟件編程人員在進行編程時，將對應狀態的端口放在同一個數值或者交替進行的數值時，就可以實現燈光二極管燈光實現奕奕星光的目的。最常用的指示燈延時辦法，是將對應狀態的端口放在同樣一個數組里進行存放，這樣發光二極管LED燈進行閃爍的時候，就會從同一個數組中取值，每一個LED燈的取值都會不停的延時，這種時間段的控制是有規律的，取值的時候可以實現程序差。

結論

LED使用低壓電源，供電電壓在直流3-24V之間，根據產品不同而異，也有少數DC36V、DC40V等，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于單片機的指示使用，事實上，由于在各行各業中的應用越來越廣泛，單片機發光二極管的使用和編程方法也引起了人們的重視，其發展歷程經歷了有簡單到復雜的過程，各種工作方法和工作原理是具有相通性的。

參考文獻

[1]閆宗梅，劉莉莉.用單片機控制發光二極管的設計[J].中國科技信息，2014（02）：130-131.

[2]史新娜. LED發光二極管裝配角度檢測系統[D].河北科技大學，2012.

[3]張梅梅.單片機控制發光二極管的開發與應用[J].科技資訊，2010（03）：98-99.

[4]張麗瓊. 快速多通道發光二極管光譜參數測試儀的研制及應用[D].浙江大學，2004.