LED（Light Emitting Diode）即发光二极管，是一种能够将电能转化为光能的半导体。常用于电路设计（组成文字或者数字）及仪器中的状态指示，也常常用作照明光源。
（1）发光原理：LED发光的根本原理是电子的能级跃迁!
一个原子中的电子有很多能级，当电子从高能级向低能级跳变时，电子的能量就减少了，而减少的能量则转变成光子发射出去。把多余的能量以光的形式释放出来，进而实现把电能直接转换为光能。
LED并不是通过原子内部的电子跃变来发光的，而是通过将电压加在LED的PN结两端，使PN结本身形成一个能级(实际上，是一系列的能级)，然后电子在这些能级上跃变并产生光子来发光。并且光的强弱与电流有关。
当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。电子和空穴复合时释放出的能量不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。
2.性能参数
LED的参数包含极限参数和光电参数。
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极限参数 |
参数名称 Parameter |
定义 |
| 最大正向电流 Forward Current |
允许加的最大的正向直流电流，超过此值，LED可能被损坏 |
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| 最大反向电压 Reverse Voltage |
允许加的最大反向电压，超过此电压，发光二极管可能被击穿损坏 |
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| 工作温度 Operating Temperature |
可正常工作的温度范围，低于或高于此温度范围，LED将不能正常工作，效率大大降低。 |
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| 允许功耗 Power Dissipation |
允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值 |
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光电参数 |
参数名称 Parameter |
定义 |
| 正向电压 Forward Voltage |
给定正向电流下所测试到的压降（一般是在IF=20mA条件下测试） |
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| V-I特性 |
发光二极管电压与电流的关系。在正向电压小于某一值时（阈值），电流极小，不发光；当电压超过某一值时，正向电流随电压迅速增加，发光。由该曲线，可得到LED正向电压，反向电流及反向电压等参数。 |
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| 光强 Luminous Intensity |
发光强度是指法线方向的发光强度 |
3. LED驱动电流与正向电压
| 类别 |
规格 |
正向电压 |
额定电流 |
| 直插 超亮 |
黄色发光二极管 |
1.8-2.0V |
20mA |
| 红色发光二极管 |
2.0-2.2V |
20mA |
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| 绿色发光二极管 |
2.0-2.4V |
20mA |
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| 蓝色发光二极管 |
3.0-3.4V |
20mA |
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| 白色发光二极管 |
3.0-3.4V |
20mA |
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| 贴片 |
红色LED |
1.82-1.88V |
5-8mA |
| 绿色LED |
1.75-1.82V |
3-5mA |
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| 橙色LED |
1.7-1.8V |
3-5mA |
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| 蓝色LED |
3.1-3.3V |
8-10mA |
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| 白色LED |
3-3.2V |
10-15mA |
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| 注:此为常规参考数据，实际以不同型号LED技术手册为准。 |
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LED限流电阻计算方法：
限流电阻=（供电电压-正向电压）/正向电流，即R=(VCC-VF)/IF
例：红色直插LED的正向电压为2.0V,正向电流为20mA，电源电压为5V.
则 R=(5-2.0)/0.02=150Ω
P=I2/R=0.2*0.2*150=0.06 W< 0.25W (0805封装电阻功率)
所以采用150Ω/0805 电阻即可。
4. LED驱动电路设计
对于LED的驱动主要有两种方式。恒压驱动与恒流驱动，这里主要介绍恒压驱动的方式。
- 简单应用
如上图所示，展示了LED的四种控制方式。
A: 常常用于电源指示灯。当电路有电压输出时，LED被点亮；反之，LED则处于灭的状态。此时不要求LED发光强度与亮度， 驱 动电流在5-10mA即可。
B: 当IO为高时，LED熄灭；当IO信号为低时，LED点亮。IO信号常常由单片机提供。采用此电路，可以判断板卡是否已下载程 序以及程序执行的状态。可以快速分析板卡的故障。
在采用该设计时，应充分考虑单片机引脚的驱动能力以及最大灌电流，防止烧坏单片机芯片。
C/D: C和D中所示控制方式基本类似，均是利用脉冲信号控制LED的动作。所区别是：C中，脉冲低有效；D中，脉冲高有效。若 要调节灯光的亮度，可以通过改变脉冲的占空比进行控制。
同时通过该方式控制，也有以下两个优点：
- 灯光亮度随时方便可调
- 由于采用PWM调光的方式，LED并非一直处于导通状态，延长LED了使用寿命。
以上几种控制方式适用于一般LED,对于一些特殊场合所使用发光二极管，亮度要求很高，其驱动电流可能达到100mA,更有甚者，驱动电流可能更大。在这种情况下，常规的方案已不能满足要求，必须采用其他的方案。如下图所示：
当IO信号为高时，三极管基极有驱动电流，三极管导通，LED被点亮。当IO信号为低时，三极管处于截至状态，LED处于熄灭状态。其中R12为限流电阻。
采用此方案，最大可驱动800mA的电流，完全满足设计需要。
2. 进阶控制
当IO控制引脚不足时，可以采用其它芯片用于扩展LED控制通道。如下图所示：
74HC595是一个8位串行输入、并行输出的位移缓存器。并行输出为三态输出。
在SCK 的上升沿，串行数据由SDL输入到内部的8位位移缓存器，而并行输出则是在LCK的上升沿将在8位位移缓存器的数据存入到8位并行输出缓存器。当串行数据输入端OE的控制信号为低使能时，并行输出端的输出值等于并行输出缓存器所存储的值。
在上图所示电路中，LED为共阳极，可以采用3个控制端进而控制8个LED,节约了电路设计当中的引脚。如果存在更多的LED,也可以采用多片74HC595进行级联控制。
当LED共阴极时，且LED为高亮LED时，74HC595驱动能力可能不足，所以需要采用驱动芯片进行LED的驱动。常用的驱动芯片有ULN2003/ULN2803等。如下图所示：
数码管内部也是由LED构成的“8”字，其分为共阴极或共阳极。也可以采用该电路进行控制。
3. 难度模式
为了充分利用IO信号，还可以将LED排布成矩阵方式，然后控制各行各列的信号进而控制每个LED的亮灭。
注：电路很简单，可自行分析。
4. 扩展模式
对于有更多LED控制的需求，可采用专门LED控制芯片，如下图所示：
采用IS31FL3737芯片最大可控制144个LED。而芯片控制段采用IIC信号，对于单片机只需要SCL,SDA两个信号。
对于该电路可自行查阅数据手册，里边有详细的参数介绍。
写在最后，LED控制电路还有很多的形式，在电路设计中可以灵活进行选用和设计。另外还有很多恒流驱动电路：例如，采用运放自己搭建恒流源电路，或者使用专门的LED恒流驱动芯片（XL4501）。
