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3.点灯

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3.1 LED 灯结构组成

LED 灯（发光二极管）是一种半导体光源，主要结构包括以下部分：

  • 外壳：通常由塑料或玻璃制成，用于保护内部元件。
  • 发光材料： LED 最核心的部分，由特殊半导体材料制成，例如：常见的 InGaN（氮化铟镓） 或 AlInGaP（铝铟镓磷）。
  • 芯片：用于产生光的发光二极管芯片。
  • 引线：提供电连接的金属引线。
  • 焊点：将 LED 芯片与引线连接在一起的焊接点。
  • 电极：负责连接半导体材料与外部电路，通常由金属制成。
  • 反射腔：用于增强发光效果的一个结构，将发出的光反射到正面。

3.2 LED灯发光原理

LED（发光二极管）发光原理基于半导体特性。在半导体中，存在着两类载流子：电子（ n 型半导体）和空穴（ p型半导体）。当 n型与 p型半导体材料接触时，会在交界处形成一个层结。 当施加适当的电压时，层结中空穴和电子可重组并释放能量。这个能量以光子的形式释放出 来，产生光。

3.3 LED灯驱动原理

LED 驱动指的是通过稳定的电源为 LED 提供合适的电流和电压，使其正常工作点亮。 LED 驱动方式主要有恒流和恒压两种。限定电流的恒流驱动是最常见的方式，因为 LED 灯对电流敏 感，电流大于其额定值可能导致损坏。恒流驱动保证了稳定的电流，从而确保了 LED 安全。

LED 灯的驱动比较简单，只需要给将对应的正负极接到单片机的正负极即可驱动。 LED的 接法也分有两种，灌入电流和输出电流。

LED接法示例

  • 灌入电流指的是 LED的供电电流是由外部提供电流，将电流灌入我们的 MCU；风险是当外部 电源出现变化时，会导致 MCU的引脚烧坏。
  • 输出电流指的是由 MCU提供电压电流，将电流输出给 LED；如果使用 MCU的 GPIO 直接驱动 LED，则驱动能力较弱，可能无法提供足够的电流驱动 LED。

需要注意的 是 LED 灯的颜色不同，对应的电压也不同。 电流不可过大，通常需要接入220 欧姆到 10K欧姆左右的限流电阻** ，限流电阻的阻值越大， LED的亮度越暗。

3.4 LED灯原理图

在开发板的原理图中，使用的是灌入电流接法，将 LED的正极接入电源 3.3V，负极接入限 流电阻再到 GPIO48。通过 LED灯的驱动原理可以知道，我们只要控制开发板的 GPIO48引脚输 出低电平，即可点亮 LED；

开发板 LED部分原理图

3.5 LED灯驱动流程

在 arduino中，可以通过调用 pinMode(pin, mode) ; 函数设置 GPIO48引脚为输出模式，再 通过 digitalWrite(pin, value) ; 函数设置 GPIO48引脚输出高电平或者低电平即可；

  1. 设置引脚模式

pinMode() 是 Arduino 编程语言中的一个函数，用于设置指定引脚的工作模式。它的语法如下：

1 pinMode(pin, mode);

其中， pin 是要设置的引脚号 ; mode 是要设置的工作模式，可以是以下之一：

  • INPUT : 将指定引脚设置为输入模式，用于接收外部信号或传感器数据。在此模式下，引脚 会读取外部信号的电平。需要注意的是，在此模式下，引脚可能会处于悬空状态，导致不稳 定的读数。为解决此问题，可以使用外部上拉或下拉电阻或者改为使用内置的上拉电阻（见 下文）。
  • INPUT_PULLUP ：将引脚设置为内置上拉输入模式。在此模式下，引脚连接到一个内部的上拉 电阻，它会将悬空引脚保持在高电平状态。当外部电平为低电平时，读数会切换到 LOW 。
  • OUTPUT : 将指定引脚设置为输出模式，用于发送电信号或控制外部设备。在此模式下，引脚 可以输出高电平（ HIGH ）或低电平（ LOW ）。可用于驱动 LED、继电器等外部设备。
  • INPUT_PULLDOWN ：将引脚设置为内置下拉输入模式，在此模式下， Arduino会在输入端接入 一个将引脚连接到地的电阻，以确保输入端始终处于低电平状态。当外部电路未连接或者处 于高阻状态时， Arduino输入引脚会仍然保持在低电平状态。   使用 pinMode 函数的示例 代码如下：

1 // 设置引脚 6 为输出模式
1 pinMode(6, OUTPUT);
1 // 设置引脚 2 为输入模式
1 pinMode(2, INPUT);

  在以上示例中，第一个代码行将引脚 GPIO6 设置为输出模式，可以将其用作控制外部设 备的引脚。第二个代码行将引脚 GPIO2 设置为输入模式，可以将其用作接收外部传感器的信 号的引脚。![ref3]

  1. 设置引脚输出

digitalWrite() 是 Arduino 编程语言中用于设置数字引脚电平的函数。它用来将数字引脚设 置为 HIGH 或 LOW。当引脚设置为 OUTPUT 模式时，使用该函数可以改变引脚电平从而影响 连接到该引脚的组件。

函数的语法为：

c![ref4]

1 digitalWrite(pin, value);

这里 :

  • pin ： 是你想要写入的数字引脚编号；
  • value ： 是你要设置的电平，可以是 HIGH 或 LOW 。其中 HIGH 表示高电平， LOW 表示低

电平。

例如 :

1 pinMode(13, OUTPUT); // 设置 13 引脚为输出模式
1 digitalWrite(13, HIGH); // 将数字 13 引脚输出设置为 HIGH（高电平）

在以上的示例中，第一行代码设置了 13 号引脚（ GPIO13）为输出模式，然后第二行代码就可 以将 13 号引脚的电平设置为 HIGH，这样在 13 号引脚上就会有 3.3V 的电压输出。

要注意的是，如果没有首先使用 pinMode() 函数将引脚设置为 OUTPUT，调用

digitalWrite() 函数可能不会产生任何效果。 ❓数字引脚是什么？

数字引脚是微控制器（不限于 Arduino）或其他电子设备中的一种输入 /输出（ I/O）引脚。顾名思义， 数字引脚处理的是二进制的，离散的电平，通常分为 HIGH（高电平，如 5V 或 3.3V）和 LOW（低电 平，如 0V 或接地）。这些引脚的主要目的是与其他数字设备或组件进行通信、控制或检测。![ref2]

  1. 点灯验证

将开发板连接 LED的 GPIO48引脚设置为输出模式，并设置为输出低电平，点亮 LED。 编写如下代码：

1 //只执行 1次
1 void setup()
1 {
1 // 设置 GPIO48 引脚 为输出模式
1 pinMode(48,OUTPUT);
1 // 设置 48引脚 输出低电平（点亮 LED）
1 digitalWrite(48,LOW);
1 }
1 //循环执行
1 void loop()
11 { 12

13 }

点击上传键，将代码上传（烧入）到开发板。

上传代码 当出现 Hard resetting via RTS pin... 说明下载完成。

下载成功提示

  1. 点灯效果

开发板上的标记着 G48的 LED灯，下载代码后将会常亮。

点灯效果

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