|
Для индикации в различных электронных устройствах очень часто применяются светодиоды. Посредством индикаторов данного типа могут отображаться режимы работы устройства, выводиться сообщения об ошибках, информация о наличии или отсутствии управляющих сигналов и многое другое. Рассмотрим подробнее вопрос подключения светодиода к микроконтроллеру.
Светодиод Светодиод – это полупроводниковый прибор, который при приложении к нему прямого напряжения излучает свет. Причем свет может быть как видимым, так и невидимым для человеческого глаза (инфракрасный, ультрафиолетовый диапазоны).
У светодиода есть два вывода питания: анод и катод. В случае подачи прямого напряжения потенциал анода выше, чем потенциал катода. То есть, попросту говоря, на анод подан плюс, а на анод минус. Легко запомнить: АНОД и ПЛЮС – по 4 буквы, а КАТОД и МИНУС – по 5 букв. Если же сделать наоборот и подать на анод минус, а на катод плюс напряжения питания, то в таком случае на диод будет подано обратное напряжение.
Рисунок 1 – Подача прямого и обратного напряжений на светодиод
Естественно, есть пределы прямого и обратного напряжения диода, превышение которых приведет к выходу прибора из строя. Для наглядности приведем вольтамперную характеристику светодиода.
Рисунок 2 – Вольтамперная характеристика светодиода
Рассмотрим область прямого включения. При некотором значении прямого напряжения Uнач от анода к катоду пойдет ток, и светодиод засветится. В области свечения через светодиод протекает ток допустимого значения. Однако если питающее напряжение увеличивать, то при некотором значении Uпр.max ток, проходящий через светодиод будет настолько большим, что может разрушить его внутреннюю структуру, то есть вывести светодиод из строя.
При подаче небольшого обратного напряжения, попадающего в область запирания, ток через светодиод не протекает. Однако если увеличивать значение обратного напряжения то можно добиться того, что через светодиод начнет протекать обратный ток от катода к аноду. При некотором значении напряжения Uобр.max светодиод будет выведен из строя недопустимым значением обратного тока.
Рабочее значение напряжения питания и прямого тока светодиода должно выбираться из области напряжений от Uнач до Uпр.max. Обычно производители светодиодов указывают значение номинальной яркости свечения диода и соответствующее данной яркости значение необходимого прямого тока. Также производители указывают максимальные (предельные) значения прямого и обратного напряжений. Для того чтобы через светодиод протекал номинальный рабочий ток, необходимо последовательно с ним подключить резистор, сопротивление которого предварительно рассчитывается. Расчет резистора для светодиода
Микроконтроллер Как мы знаем, у микроконтроллера для выдачи информации во внешний мир присутствуют порты ввода/вывода. К выводам этих портов мы и будем подключать светодиоды. Однако у каждого вывода порта есть ограничение по протекаемому через него току. У микроконтроллеров AVR максимальный ток, который способна безболезненно перенести линия порта ввода/вывода составляет 40 мА. Превышение этого значения навсегда убьет линию вывода порта. Поэтому условимся, что значение нормального рабочего тока вывода линии порта составляет 20 мА и не может превышать 30 мА.
Подключение Подключение светодиодов к микроконтроллеру может осуществляться несколькими способами.
Потключение маломощных светодиодов Если ток потребления светодиода в рабочем режиме не превышает 30 мА, а номинальное напряжение не превышает напряжения питания микроконтроллера, то мы можем подключать его непосредственно к линии порта ввода/вывода. Причем порт должен быть установлен программно в режим вывода.
Рисунок 3 – Подключение светодиода к линии порта ввода/вывода
Установив линию порта PB0 в единицу, мы фактически приложим к диоду прямое напряжение, что заставит его светиться.
Подключение мощных светодиодов. Если же значение номинального тока светодиода не удовлетворяет предельному значению тока линии вывода, либо напряжение питания светодиода больше чем значение питания микроконтроллера, тогда для подключения светодиода необходимо использовать буферный элемент – транзистор в ключевом режиме.
Рисунок 4 – Подключение светодиода через ключевой транзистор
При наличии логического нуля на B0 транзистор VT1 закрыт и ток через светодиод не течет. Установкой линии порта B0 в единицу мы открываем транзистор VT1, который уже подключает катод светодиода к минусу источника питания, подавая на него тем самым прямое напряжение. Таким образом, мы ушли от токовых ограничений вывода линии порта. В данном случае необходимо учитывать, что значение максимально допустимого тока коллектора транзистора должно быть больше чем значение номинального тока светодиода.
| 
