CW32数字电压电流表软件教程（一）：LED原理与驱动基础知识详解

2.1.LED灯基础知识

2.1.1.LED灯结构组成

LED灯，也称发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的内部是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，整个晶片环-氧树脂封装起来。常见的LED灯如图2-1所示。

图2-1 常见LED灯

2.1.2.LED灯发光原理

半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，另一端是N型半导体。这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成了一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED灯发光的原理。

2.1.3.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。

图2-2 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。

2.2.LED灯原理图

CW32F003小蓝板关于LED灯的原理图如图2-3所示

图 2-3 小蓝板LED灯原理图

2.3.LED灯驱动流程（库函数）

通过上面的原理图可以了解到，LED2中负极接到了电源地，LED2的正极经限流电阻R3连接到电源正。当核心板上电时，使LED2导通，这时便有电流流过发光二极管LED2，使LED2发光指示电源接入；

LED1的正极经限流电阻R5接到电源正极，LED1的负极连接到单片机的GPIO口上，通过LED灯的驱动原理，只需要将相应GPIO（PC0）配置为低电平即可点亮LED1。CW32F003小蓝板的LED部分实物图如图2-4所示

图 2-4 小蓝板LED实物图

2.3.1.配置流程

一般我们使用GPIO的端口，都需要有以下几个步骤。

开启GPIO的端口时钟

配置GPIO的模式

配置GPIO的输出

从开发板原理图了解到LED2接的是单片机的PC0。我们要使能LED就需要配置GPIOC端口。下面我们就以LED1接的PC0进行介绍。

2.3.1.1.开启CW32F003系统内部时钟

CW32的系统内部时钟默认并不是我们想要的运行频率,在使用CW32之前我们需要先配置内部时钟树。查找CW32F003的用户手册可以找到系统内部时钟树如下图：

图2-5 CW32F003内部时钟树

在CW32的库函数中找到cw32f003_rcc.h，头文件中有时钟树相关配置的函数，如下图：

图2-6 时钟树相关配置函数

 

void RCC_Configuration(void)
{
  FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2); // 设置主频为48MHZ需要注意，Flah的访问周期需要更改为FLASH_Latency_2。
  RCC_HSI_Enable(RCC_HSIOSC_DIV1);   // 设置频率为48M
  RCC_SYSCLKSRC_Config(RCC_SYSCLKSRC_HSI);  //选择SYSCLK时钟源  48MHz
  RCC_HCLKPRS_Config(RCC_HCLK_DIV1);  //配置SYSTICK到HCLK分频系数  48MHz
  RCC_PCLKPRS_Config(RCC_PCLK_DIV8); //配置HCLK 到 PCLK的分频系数  6MHz
}

 

2.3.1.2.开启GPIO的端口时钟

CW32的外时钟默认是全部关闭,使用GPIO外设之前我们需要先开启对应的时钟。

在CW32提供的库函数中找到cw32f003_rcc.h，这个头文件包含了所有时钟相关的函数接口。外设时钟的接口如下图所示:

图2-7 GPIO配置相关函数

LED1的控制IO是PC0,因此需要打开GPIOC对应的时钟,代码如下:

 

__RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();//打开GPIOC的时钟

2.3.1.3.配置GPIO初始化

GPIO初始化包含了模式,中断使能,io引脚位号。CW32的GPIO初始化是先把所有初始化项写在一个结构体里面，然后把结构体传入带初始化函数里，完成初始化功能。

与GPIO相关的函数接口都在cw32f003_gpio.h头文件里面，我们先看GPIO模式有哪些，如下图所示：

  图2-8 GPIO模式 GPIO模式包含了模拟输入，数字输入，数字上拉输入，数字下拉输入，数字推挽输出，数字开漏输出模式。

根据发光二极管控制原理，PC0接在LED的反向端，因此PC0为低电平时，LED点亮。我们需要PC0输出高低电平，模式需要选择数字输出模式，由于开漏模式需要外部有上拉或者下拉电阻才可输出高低电平，所以我们选择推挽模式。代码如下：

 GPIO_Init_Struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;

中断使能包含了：无中断，上升沿，下降沿，低电平，高电平中断使能。

图2-9 GPIO中断 因为我们需要的是GPIO输出，因此不需要中断使能，代码如下：

 GPIO_Init_Struct.IT = GPIO_IT_NONE;

GPIO位号如下图所示：

图2-10 GPIO位脚 LED的控制端为PC0，最后的这个0就是位号，配置代码如下：

 GPIO_Init_Struct.Pins = GPIO_PIN_0;

引脚输出还需要配置GPIO的输出速度，有高低速两种速度设置，我们设置高速：

GPIO_Init_Struct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;

以上配置就完成了GPIO的结构体初始化，然后我们需要调用初始化函数，在cw32f003_rcc.h里找到void GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init);包含了两个参数，第一个参数是GPIO的基地址，第二个参数是初始化配置结构体。调用代码如下：

GPIO_Init(CW_GPIOC, &GPIO_Init_Struct);

结合以上配置，完整代码如下：

 GPIO_InitTypeDef GPIO_Init_Struct;
  __RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
  GPIO_Init_Struct.IT   = GPIO_IT_NONE;
  GPIO_Init_Struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_Init_Struct.Pins = GPIO_PIN_0;
  GPIO_Init(CW_GPIOC, &GPIO_Init_Struct);

2.3.1.4.配置LED输出

配置好GPIO之后，就可以进行点灯了。就是让PC0输出高低电平。 在cw32f003_gpio.h头文件中可以找到函数

GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pins, GPIO_PinState PinState);

传参有三个，第一个是第一个参数是GPIO的基地址，第二个参数是引脚位号，第三个参数是输出状态。

GPIO_WritePin(CW_GPIOC,GPIO_PIN_0,GPIO_Pin_SET);//PC0输出高电平
GPIO_WritePin(CW_GPIOC,GPIO_PIN_0,GPIO_Pin_RESET);//PC0输出低电平

我们要点亮LED1根据上文的电路图可知要将PC0置低。

2.3.1.5.程序下载接线

我们使用DAP-Link作为程序下载媒介，DAP-Link的接线图如下。其中蓝色（3.3V）、绿色（GND）、 紫色（数据线SWD）、灰色（时钟信号线SCK），与图2-12一一对应。

图2-11 DAP-Link接线图

图2-12 CW32F003程序下载接线

2.3.2.实验效果

最终的实验效果如下图所示：

图2-13 LED点亮实验现象



审核编辑：刘清