原创 单端口管脚驱动双LED的方法

作者：Tom Gay, Dornstadt, Germany                 文章来源：EDN 电子设计技术

大多数现代微控制器都提供 I/O  端口，可以在程序执行期间改变这些端口的功能。当用作输出时，这些电路可以吸收或流出相当大的电流。本设计实例示出了用一个 I/O 管脚驱动双管脚、双色 LED 的三种方法。图 1 是一个可能的方案，它使用外接反相器 IC₁ 来驱动一只红/绿双向 LED，即D₁。端口管脚的逻辑高电平输出使电流流过绿色（上方）LED，并将反相器输入电平拉高，于是驱动反相器输出端为低电平，从绿色 LED 吸入电流。端口管脚的逻辑低电平输出使反相器输出端为高电平，从而为红色（下方）LED提供电流，微控制器的输出端从红色 LED 吸入电流。

　　要关掉两只LED 时，可以重新配置微控制器的端口管脚，使之从输出转为输入或将管脚切换成三态，任何一态都能阻止微控制器的端口管脚吸入或流出电流。这种电路的主要缺点是不能控制每只LED的亮度，而是由电阻器R₅决定两只LED的正向电流。

　　图2表示了另一种方法，它也有严重缺点。齐纳二极管D₃、D₄和电阻器R₃、R₄构成一个低阻分压器，为LED D₅的一端提供V_CC/2V电压。V_CC的值决定了齐纳二极管电压VZ的选择，电压较低的齐纳二极管能提供更多的LED电流，较高电压的齐纳管限制了LED的最大电流。给定微控制器的输出可以提供满摆幅输出的电压， V_CC与V_Z之差限定了两只LED的最大正向电流。例如，如果V_CC为5V，V_Z为3V，则流过任何一只LED的正向电压就低于2V。一旦设计师选定了齐纳二极管的电压，V_CC只能有少许变动，否则， LED的亮度就会出现波动。

　　使用分立元件时，另有一种廉价的电路能避免其他电路的缺点（图3）。图中，当微控制器的输出端口为高电平时，电流流经绿色（上方）LED、R₂、D₂和FETQ₂，端口的高电平接通。当微控制器输出端口变为低电平时，晶体管Q₁导通，通过R₂和红色（下方）LED向端口管脚提供电流。电路可以对称地工作，因为无论微控制器端口管脚的电平是高还是低，硅二极管D₂的正向压降都出现。V_CC可能在运行中出现变化，但必须保持高于3V。

　　你可以单独调整 LED 的电流，以使两者亮度均衡，或对微控制器电源电压与LED驱动电路V_CC之间的差异作出补偿。方法是在Q₁的射极与D₂的阳极之间用两只串联的电阻器代替R₂。并将两支电阻器的中点连接到LED上。

　　当微控制器的端口管脚被配制成“有上拉的输入”时，端口为绿色LED提供少量电流。但是，只要上拉电阻器阻值等于或高于22 kΩ，就不会使关断状态下的LED产生使人误解的光输出。当端口管脚的输入信号浮动时，即V_CC为5V，而端口配置成无上拉电阻器的输入，则电路不产生任何额外的电流，而由R₁所决定的静态电流平均值小于100mA。