芯片之家前幾天發(fā)了一篇文章，討論1個GPIO控制2個LED顯示4種狀態(tài)，并沒有帶具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，有點(diǎn)小遺憾：

絕妙！1個GPIO控制2個LED顯示4種狀態(tài)，什么？你不信？（點(diǎn)擊閱讀）

今天在卓老師公眾號看到了具體的實(shí)驗(yàn)分析，并分析兩種串并聯(lián)方式的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，講解的非常到位，今天分享給大家閱讀。

在下面的面包板上，演示了使用一條IO控制線控制兩個LED分別點(diǎn)亮和熄滅的四種狀態(tài)。

▲ 一個個單片機(jī)IO端口分別控制兩個LED

為了理解其中的工作原理，則需要熟悉LED的兩個工作特性：

單向?qū)щ娞匦?#xff1b;

導(dǎo)通閾值特性；

正如發(fā)光二極管名字所說，LED只能向二極管那樣單向?qū)щ姲l(fā)光。如果施加電壓極性反了，LED則不工作。

導(dǎo)通閾值特性是指，只要施加的正向電壓超過一定閾值之后，LED才能夠?qū)ā＿@一點(diǎn)可以從下面這支紅色LED的正向V-A特性曲線看出。

▲ 紅色LED的V-A特性

上面曲線表明，只有當(dāng)正向電壓超過大約1.6V之后，電流才會出現(xiàn)快速增加。在此之前，正向?qū)娏骱苄　?/p>

不同顏色的LED由于所使用的半導(dǎo)體材料不同，導(dǎo)通閾值電壓會有所區(qū)別。比如下面這支黃色LED的正向?qū)妷撼^了1.7V。

▲ 黃色LED的V-A曲線

如果LED發(fā)射光譜中包括更短的光譜成分，則相應(yīng)的導(dǎo)通閾值會更高。下面的綠色和藍(lán)色LED的正向?qū)妷旱拈撝刀家呀?jīng)超過了2.5V了。

▲ 綠色LEDV-A特性曲線▲ 藍(lán)色LED的V-A曲線

將不同LED的V-A特性曲線繪制在一起，可以凸顯出不同LED的閾值電壓的差異。值得說明的是，當(dāng)電壓小于閾值電壓的時候，LED并不是不導(dǎo)電，只是電流極小。比如在2.5V，雖然還沒有超過藍(lán)色LED的閾值電壓，但在LED燈芯處還是能夠隱約看到發(fā)光。

一旦電壓超過閾值電壓，LED正向?qū)娏鞅銜杆僭黾拥?mA以上。之后雖然電流增加很快，但在導(dǎo)通電流2 ~ 10mA之內(nèi)，LED都顯示為點(diǎn)亮狀態(tài)，亮度倒是看起來差不多。

▲ 不同顏色LED的伏安特性

合理應(yīng)用LED的單向?qū)щ姾蛯?dǎo)通閾值特性，便可以在一條單片機(jī)IO口的四種工作狀態(tài)下，來控制兩個LED的點(diǎn)亮和熄滅了。

比如利用LED管的單向?qū)ㄌ匦?#xff0c;將兩個LED正反向并聯(lián)在一起，分別連接在分壓電阻中心和單片機(jī)的IO口上，就可以實(shí)現(xiàn)單個IO口控制兩個LED的目標(biāo)。在下圖中，顯示了在一個工作在5V電壓下的單片機(jī)IO控制兩個LED（紅色，黃色）的四種狀態(tài)。

▲ 兩個LED正反并聯(lián)連接在MCU的IO口與分壓電阻中點(diǎn)

當(dāng)IO口為高阻狀態(tài)，兩個LED都熄滅；當(dāng)IO端口為高電平時，紅色LED點(diǎn)亮；當(dāng)IO端口為低電平的時候，黃色LED點(diǎn)亮；當(dāng)IO輸出方波信號時（通常要求頻率大于100Hz），兩個LED交替點(diǎn)亮，根據(jù)人眼色視覺暫留特性，看起來兩個LED都點(diǎn)亮了。

下面動圖顯示了IO口的四種狀態(tài)對應(yīng)兩個LED的點(diǎn)亮與熄滅。

▲ 對應(yīng)兩個LED四個狀態(tài)的IO輸出波形

上面的LED并聯(lián)方案是利用了LED的單向?qū)ㄌ匦浴Ｈ绻紤]到LED的閾值特性，這種方案就會受到一定限制。比如，控制的LED綠色或者藍(lán)色時，由于它們的導(dǎo)通閾值電壓超過了2.5V，因此綠色和藍(lán)色LED就很難被點(diǎn)亮。

下面動圖顯示，綠色和藍(lán)色LED只能發(fā)出微弱的光線。

▲ 對于兩個LED四種狀態(tài)的IO波形

如果當(dāng)單片機(jī)和LED的供電電壓為3.3V時，情況將會更加嚴(yán)重。比如在3.3V供電情況下，使用并聯(lián)LED方案，對于紅色的LED還可以勉強(qiáng)工作，但對于綠色和藍(lán)色LED則無法點(diǎn)亮了。

▲ 對于兩個LED四種狀態(tài)的IO波形

在前面推文中則介紹了另外一種方案，即LED串聯(lián)方案，可以解決藍(lán)色和綠色LED閾值電壓高的問題。

下圖顯示了LED串聯(lián)方案電路示意圖：

▲ 兩個LED串聯(lián)控制方案

當(dāng)IO端口為高阻時，由于兩個LED的導(dǎo)通閾值電壓之和大于電源電壓（+5V），它們都不導(dǎo)通；當(dāng)IO端口為低電平時；上面的綠色LED點(diǎn)亮；當(dāng)IO端口為高電平時，下面的藍(lán)色LED點(diǎn)亮；當(dāng)輸出高頻方波信號時，兩個LED都被點(diǎn)亮。

下面動圖顯示了面包板上綠色和藍(lán)色串聯(lián)工作狀態(tài)下，并一條IO端口控制的情況：

▲ 對應(yīng)兩個LED四種狀態(tài)IO波形

串聯(lián)LED控制模式只能應(yīng)用于兩個LED的電壓加起來超過電路電源電壓的情況。比如藍(lán)色、綠色LED，工作在3.3V，5V電壓下都是可以的。

如果將兩個LED更換成紅色（1.6V）和綠色（2.5V），使用串聯(lián)模式，則只能應(yīng)用在電源電壓小于4.1V的情況下，比如3.3V的單片機(jī)電路中。如果在5V電路中，則會出現(xiàn)兩個LED無法同時熄滅的情況。

下面就顯示了一個紅色，一個綠色LED工作在5V電源電壓下，當(dāng)IO為高阻時，它們實(shí)際上無法熄滅。

▲ 對應(yīng)兩個LED四種狀態(tài)IO波形

在5V電壓下，那么對于紅色、綠色LED使用前面并聯(lián)LED方案行不行呢？

通過實(shí)驗(yàn)會發(fā)現(xiàn)，也出現(xiàn)了問題。由于綠色LED在2.5V下無法點(diǎn)亮，因此并聯(lián)方案也無法工作。如下圖所示：

▲ 對應(yīng)兩個LED四種狀態(tài)IO波形

那么問題來了，在5V電壓下，該使用什么方案，才能夠利用單片機(jī)一個IO口的四種模式，來分別控制一個綠色LED和一個紅色LED的點(diǎn)亮和熄滅呢？就像下面這個動圖里所示的那樣。

▲ 對于兩個LED四種狀態(tài)的IO波形

如果你對并聯(lián)LED和串聯(lián)LED工作原理已經(jīng)理解了，我想此時，你的腦子里已經(jīng)有了答案了。如果你有了想法，就將答案寫在后面的留言中吧。（答案就在上圖中）分析出答案的，請把答案打在評論區(qū)！

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的终极教程，带具体实验现象，1个GPIO控制2个LED显示4种状态，欢迎讨论！的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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