芯片之家前幾天發了一篇文章，討論1個GPIO控制2個LED顯示4種狀態，并沒有帶具體的實驗現象，有點小遺憾：

絕妙！1個GPIO控制2個LED顯示4種狀態，什么？你不信？（點擊閱讀）

今天在卓老師公眾號看到了具體的實驗分析，并分析兩種串并聯方式的實驗現象，講解的非常到位，今天分享給大家閱讀。

在下面的面包板上，演示了使用一條IO控制線控制兩個LED分別點亮和熄滅的四種狀態。

▲ 一個個單片機IO端口分別控制兩個LED

為了理解其中的工作原理，則需要熟悉LED的兩個工作特性：

單向導電特性；

導通閾值特性；

正如發光二極管名字所說，LED只能向二極管那樣單向導電發光。如果施加電壓極性反了，LED則不工作。

導通閾值特性是指，只要施加的正向電壓超過一定閾值之后，LED才能夠導通。這一點可以從下面這支紅色LED的正向V-A特性曲線看出。

▲ 紅色LED的V-A特性

上面曲線表明，只有當正向電壓超過大約1.6V之后，電流才會出現快速增加。在此之前，正向導通電流很小。

不同顏色的LED由于所使用的半導體材料不同，導通閾值電壓會有所區別。比如下面這支黃色LED的正向導通電壓超過了1.7V。

▲ 黃色LED的V-A曲線

如果LED發射光譜中包括更短的光譜成分，則相應的導通閾值會更高。下面的綠色和藍色LED的正向導通電壓的閾值都已經超過了2.5V了。

▲ 綠色LEDV-A特性曲線▲ 藍色LED的V-A曲線

將不同LED的V-A特性曲線繪制在一起，可以凸顯出不同LED的閾值電壓的差異。值得說明的是，當電壓小于閾值電壓的時候，LED并不是不導電，只是電流極小。比如在2.5V，雖然還沒有超過藍色LED的閾值電壓，但在LED燈芯處還是能夠隱約看到發光。

一旦電壓超過閾值電壓，LED正向導通電流便會迅速增加到1mA以上。之后雖然電流增加很快，但在導通電流2 ~ 10mA之內，LED都顯示為點亮狀態，亮度倒是看起來差不多。

▲ 不同顏色LED的伏安特性

合理應用LED的單向導電和導通閾值特性，便可以在一條單片機IO口的四種工作狀態下，來控制兩個LED的點亮和熄滅了。

比如利用LED管的單向導通特性，將兩個LED正反向并聯在一起，分別連接在分壓電阻中心和單片機的IO口上，就可以實現單個IO口控制兩個LED的目標。在下圖中，顯示了在一個工作在5V電壓下的單片機IO控制兩個LED（紅色，黃色）的四種狀態。

▲ 兩個LED正反并聯連接在MCU的IO口與分壓電阻中點

當IO口為高阻狀態，兩個LED都熄滅；當IO端口為高電平時，紅色LED點亮；當IO端口為低電平的時候，黃色LED點亮；當IO輸出方波信號時（通常要求頻率大于100Hz），兩個LED交替點亮，根據人眼色視覺暫留特性，看起來兩個LED都點亮了。

下面動圖顯示了IO口的四種狀態對應兩個LED的點亮與熄滅。

▲ 對應兩個LED四個狀態的IO輸出波形

上面的LED并聯方案是利用了LED的單向導通特性。如果考慮到LED的閾值特性，這種方案就會受到一定限制。比如，控制的LED綠色或者藍色時，由于它們的導通閾值電壓超過了2.5V，因此綠色和藍色LED就很難被點亮。

下面動圖顯示，綠色和藍色LED只能發出微弱的光線。

▲ 對于兩個LED四種狀態的IO波形

如果當單片機和LED的供電電壓為3.3V時，情況將會更加嚴重。比如在3.3V供電情況下，使用并聯LED方案，對于紅色的LED還可以勉強工作，但對于綠色和藍色LED則無法點亮了。

▲ 對于兩個LED四種狀態的IO波形

在前面推文中則介紹了另外一種方案，即LED串聯方案，可以解決藍色和綠色LED閾值電壓高的問題。

下圖顯示了LED串聯方案電路示意圖：

▲ 兩個LED串聯控制方案

當IO端口為高阻時，由于兩個LED的導通閾值電壓之和大于電源電壓（+5V），它們都不導通；當IO端口為低電平時；上面的綠色LED點亮；當IO端口為高電平時，下面的藍色LED點亮；當輸出高頻方波信號時，兩個LED都被點亮。

下面動圖顯示了面包板上綠色和藍色串聯工作狀態下，并一條IO端口控制的情況：

▲ 對應兩個LED四種狀態IO波形

串聯LED控制模式只能應用于兩個LED的電壓加起來超過電路電源電壓的情況。比如藍色、綠色LED，工作在3.3V，5V電壓下都是可以的。

如果將兩個LED更換成紅色（1.6V）和綠色（2.5V），使用串聯模式，則只能應用在電源電壓小于4.1V的情況下，比如3.3V的單片機電路中。如果在5V電路中，則會出現兩個LED無法同時熄滅的情況。

下面就顯示了一個紅色，一個綠色LED工作在5V電源電壓下，當IO為高阻時，它們實際上無法熄滅。

▲ 對應兩個LED四種狀態IO波形

在5V電壓下，那么對于紅色、綠色LED使用前面并聯LED方案行不行呢？

通過實驗會發現，也出現了問題。由于綠色LED在2.5V下無法點亮，因此并聯方案也無法工作。如下圖所示：

▲ 對應兩個LED四種狀態IO波形

那么問題來了，在5V電壓下，該使用什么方案，才能夠利用單片機一個IO口的四種模式，來分別控制一個綠色LED和一個紅色LED的點亮和熄滅呢？就像下面這個動圖里所示的那樣。

▲ 對于兩個LED四種狀態的IO波形

如果你對并聯LED和串聯LED工作原理已經理解了，我想此時，你的腦子里已經有了答案了。如果你有了想法，就將答案寫在后面的留言中吧。（答案就在上圖中）分析出答案的，請把答案打在評論區！

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的终极教程，带具体实验现象，1个GPIO控制2个LED显示4种状态，欢迎讨论！的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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