单片机中LED发光二极管的编程探讨

崔世瑶

摘要：单片机是一种应用非常广泛的集成电路芯片，单片机采用超大规模集成电路技术，将中央处理器、随机存储器、只读存储器和中断系统、定时技术系统等集合在一起。单片机使用CPU器件，其中一个非常重要的器件就是发光二极管，其工作原理和常见的编程方法有特定的规律。

关键词：单片机;LED发光;二极管;编程;探讨

引言：

单片机的体积较小、价格相对低廉，可以应用于大部分的工程，功能比较强大，使用可靠性较高，在控制方面难度也不是很大，成为工业测控领域内的智能化控制工具。单片机所使用的发光二极管LED控制是单片机使用的初级入门阶段。

1.发光二极管LED应用的工作原理

发光二极管Light-Emitting Diode简称为LED，由镓（Ga）与砷（As）、磷（P）的化合物制成的二极管。发光二极管，与普通二极管一样，由PN结组成，单向导电性，因此，二极管如果加上正向电压之后，从一个区域注入到另一个区域的空穴，再由PN附近的数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光，因而，可以用来制成发光二极管。二极管发光LED在电路和仪器中作为指示灯，一般来说以文字的形式或者电子数字的形式来显示。由于LED只能往一个方向进行导通处理，发光二极管的反向击穿电阻一般来说为5伏左右，其正向的伏安特性曲线往往很陡。人们在使用的时候，常常采用串联限流电阻控制LED电流，只有LED电流被控制之后，才有可能有效的调节LED的亮度。

2.LED的编程方式

发光二极管的分类和点亮方式，在不同的情境下有不同的使用过程，当发光二极管作为交流电源指示灯的时候，只要连接220伏50赫兹的交流供电线路，LED灯将自然被点亮，当支持电源接通的时候，限流电阻R的阻值为220V/IF。交流开关指示灯，如果使用LED作为白炽灯开关来指示，开关断开之后灯泡自然熄灭。当电流经过R、LED和灯泡BL就会形成回路，LED灯亮，方便人们在黑暗中找到开关。本质灯泡被点亮，LED灯就会熄灭，此时开关被接通。有时候人们还会使用交流电源插座指示灯，使用双色供应及LED作为交流电源插座作为指示灯的电路，当红色LED灯亮时插座无电，当绿色LED灯亮时插座有电。还有保险管座指示灯LED，当保险管完好的时候，LED灯不亮，當保险管熔断的时候，LED灯被自然点亮，用户可以根据这个具体的现象和点亮情况，判断哪个熔断器被烧断。面对这些不同的情境，LED的编程方式是截然不同的。

2.1单个发光二极管的控制编程

单片机是数字电路，其输出和输入有高电平1和低电平0之分，一般来说电压的范围，0-0.4伏为低电平，大于2伏为高电平，单片机输出低电平0，使得LED和电阻通路的两端产生电势差。一般产生5V电源，满足LED灯的参数，点亮LED灯。当单片机P1.0口输出高电平的时候，电势差约为0，不满足LED灯亮的要求，LED灯就会熄灭，这是单片机的编程思路和基础，这也是编程程序使用的基础。如果想要使单个发光二极管的编程程序正常使用，使得发光二极管点亮之后，那么二极管的正极通过电阻R直接接通到电源VCC上，单个发光二极管的正向导通，必须使阴极为低电平，人员将使用软件控制和监测，形成完整的通路程序。完整的通路程序一般希望达到这样的效果：使得发光二极管单一的二极管不停的闪烁，产生一亮一灭的效果，这一工作原理是使得发光二极管通过编程被点亮，并延迟一段较短的时间，然后二极管再次被熄灭，也进行时间的延迟，在不断的循环之中就可以观察到发光二极管作为单片机上一亮一灭不停闪烁的器件使用。最常见的延时方式一般会采用软件延时或者定时器技术延时，通过实验表明软件延时的方式比较稳定，工作原理采用每一条编程指令运行，使用前不容易出现问题，运行数量的时钟周期可以很好的实现延时的功能。晶振为12MHz，那么12个振荡周期为1us，延时1ms延时。

2.2多个发光二极管的控制

发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应接电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。LED只能往一个方向进行导通通电，这是LED的单向导通性。正向偏置的电流导入，当电子与空穴发生复合的时候就会发出单色光，这是一种电制光效应，光线的波长颜色和所采用的半导体材料种类，都与其渗入的原色杂质有关。白色发光二极管使用频率近几年来有明显的提升，其速度高、可靠性高，与传统的光源相比有非常多的优点，而在编程的时候，人们希望LED在光电转换效率时能够更有效率，不能低于新型荧光灯，尤其是将LED灯与单片机结合使用的时候，LED在光电转化效率上必须高于以往的传统电源，其发光强度和光强分布，需要有规律的被软件编程所控制，学习不断提升软件编程控制的频率已经远远高于计时器控制的频率，对于LED的光谱特性，根据其单色性的优良，人们也有所控制，要求适应不同的单片机使用需求。将多个发光二极管的控制原理与单个发光二极管的控制原理相比较，多个发光二极管同样需要面临一亮一灭的闪烁，连接5-8个LED，同时闪烁和关闭的发光LED可以实现，有效控制的灯源不停的闪烁，闪烁期可以同步进行，也可以循环进行，循环有时以奇数偶数来对应进行，有时以不同的数据顺序串联闪烁进行，只要控制好端口的时间延长，就可以计算完整的计算程序。

2.3花样流水灯的控制编程

LED被称为第四代光源，具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、低热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。LED优点：电光转化效率高（接近60%，绿色环保、寿命长（可达10万小时）、工作电压低（3V左右）、反复开关无损寿命、体积小、发热少、亮度高、坚固耐用、易于调光、色彩多样、光束集中稳定、启动无延时。或二极管亮度和多色化的发展进程，其应用领域也得以不断的扩展，在单片机的使用过程中，游泳人们经常会将白色光源和彩色光源连接贯通，希望能够进一步的提高亮度和指示的精确度，无论是作为单片机上的指示信号，还是作为某种使用过程中的基本电源，发光二极管在使用的过程中往往被控制的程序越来越复杂，甚至有很多时候呈现出交替变换的花样流水灯，流水灯呈现出色彩缤纷或灯光闪烁的效果，远远看去流光溢彩，很多单位在生产LED发光二极管的过程中，为了扩大产业发展规模，常常研制出编程非常不同的高亮度，或快速闪烁发光二极管，这些二极管的分类虽然不同，但是在考察的时候，我们都采用恒流或者恒压的方式，采用多种调光方式来模拟LED电流的发光调光，大多数的LED指示灯在应用到单片机的时候，都采用恒流控制，从而可以做好花样流水灯与单片机的对接衔接工作。花样流水二极管连接都能应用。在近几年来，其应用范围越来越广泛，实际上其工作原理与前面两种原理是一致的，将不同控制状态的控制端口一块延时，在特定的时效和时间之内就完全可以做到花样流水灯的控制结果。软件编程人员在进行编程时，将对应状态的端口放在同一个数值或者交替进行的数值时，就可以实现灯光二极管灯光实现奕奕星光的目的。最常用的指示灯延时办法，是将对应状态的端口放在同样一个数组里进行存放，这样发光二极管LED灯进行闪烁的时候，就会从同一个数组中取值，每一个LED灯的取值都会不停的延时，这种时间段的控制是有规律的，取值的时候可以实现程序差。

结论

LED使用低压电源，供电电压在直流3-24V之间，根据产品不同而异，也有少数DC36V、DC40V等，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于单片机的指示使用，事实上，由于在各行各业中的应用越来越广泛，单片机发光二极管的使用和编程方法也引起了人们的重视，其发展历程经历了有简单到复杂的过程，各种工作方法和工作原理是具有相通性的。

参考文献

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