为什么大多数嵌入式设计中的LED倒置？

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我注意到，到目前为止，我在所有评估板上都使用过。LED均以低电平有效连接到微控制器端口。我了解，从安全的角度来看，最好有活动的低RESET线路等。但是为什么要用LED呢？

led embedded

— 任何人
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在过去，NMOS和NPN晶体管比PMOS或PNP强得多。因此，我们所有人都有安排LED的习惯，以便逻辑输入吸收而不是提供电流。几乎不再重要，但旧习惯很难解决。我有时以其他方式连接了LED。只要您尊重IO的当前限制，它就可以正常工作。

— mkeith

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通常情况下，微控制器的IO引脚吸收的电流多于其提供的电流。这样可以使LED更亮，而不会超过整个芯片的总最大电流源。当然，您的里程可能会有所不同，请始终检查数据表。

— Wossname

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TTL代表了低电平有效驱动的概念，而CMOS I / O始终是高电平无效或有/无有源上拉的浮动输入。因此，在复位后LED熄灭

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75 '17

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历史记录：TTL输入悬空为高电平，并且为了将输入驱动为低电平，必须从中汲取电流。这就是为什么TTL输出必须能够在低状态下“吸收”大量电流，而不必在高状态下“吸收”大量电流。（实际上，具有集电极开路输出的TTL部件根本无法在高状态下提供任何电流。）

— 所罗门慢

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另一点。在“过去的好时光”中，LED效率很低，您确实需要20mA电流才能使其看起来合理。这些天5mA令人眼花，乱，因此源或汇通常不是问题。

— Dirk Bruere

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仍然存在这样的情况，MCU I / O引脚的驱动源电流通常比灌电流小。

在典型的CMOS MCU输出中，当它们驱动为低电平时，它们会导通一个N沟道MOSFET。当它们驱动为高电平时，它们会导通一个P沟道MOSFET。（它们永远不会同时打开它们！）由于适用于N通道与P通道的移动性差异（大约2到3倍的差异），要制作P-通道设备显示出与开关类似的“质量”。有些人付出了额外的努力。有些没有。否则，吸收（N通道）或源（P通道）电流的能力将有所不同。

它们中的一些几乎是对称的，因为它们可以提供几乎与沉入一样多的能量。（这只是意味着它们接地切换和电源轨切换一样好。）但是，即使尝试额外的麻烦，也存在其他问题，这使得这两种设备不太可能完全相似，并且通常情况下，采购方至少仍要弱一些。

但是，归根到底，查看数据表本身总是一个好主意。这是PIC12F519的示例（Microchip的最便宜的器件之一，仍然包括一些内部可写的非易失性数据存储）。

该图表显示了当CPU使用时，低输出电压（垂直轴）与低吸收电流（水平轴）的关系。 $V_{CC}=3\:\textrm{V}$ ：

该图显示了在CPU使用时，HIGH输出电压（垂直轴）与HIGH拉电流（水平轴）的关系。 $V_{CC}=3\:\textrm{V}$ ：

您可以轻松地看到，他们甚至不愿意尝试显示相同的下沉能力与采购当前功能。

要阅读它们，请在两个图表上选择一个大小相似的电流（非常困难，不是吗？）让我们选择 $5\:\textrm{mA}$ 第一张图上的和 $4\:\textrm{mA}$ $230\:\textrm{mV}$ $R_{LOW}=\frac{230\:\textrm{mV}}{5\:\textrm{mA}}\approx 46\:\Omega$ $600\:\textrm{mV}$ $R_{HIGH}=\frac{600\:\textrm{mV}}{4\:\textrm{mA}}\approx 150\:\Omega$ $25^\circ\textrm{C}$

$2\:\textrm{V}$ $10\:\textrm{mA}$

[您可能还会注意到，在附近的灌电流与拉电流之间的上述计算似乎显示出两个电阻值，它们彼此之间大约是三分之一（约倍）。 $50\:\Omega$ $150\:\Omega$

— nk
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嗨，琼克，请在下面查看我对奥林的评论并重新考虑。可以公平地说，MCU曾经是这种方式，而逻辑芯片通常都在使用，但如今不是这样。Microchip似乎是你们俩都曾看过的例外，但它们几乎不存在批量市场:-)

— TonyM

@TonyM大约十年前，我已经测试了无数种器件-从MSP430到Microchip PIC器件。尽管在许多情况下，MCU 在源和接收能力上已经接近得多，但只有一种情况，我发现源能力等于或超过了接收能力。那是在仅指定和获得一个PIN的设备中。否则，所有这些都表现出较低的驱动力。并不是我所提供的示例设备，而是足够值得了解。例如，MSP430提供约60欧姆的下沉和约100欧姆的源。

— jonk

V_{C C} = 3 V

$V_{CC}=3\:\textrm{V}$

现在您问，我已经全部关闭。看看Silicon Labs的部分，通常NXP数据表都很好，我将不得不重新检查一下。但是我的例子表明，当今的逻辑芯片是平衡的，只有深入研究才能发现不平衡。您可以清楚地将LED悬吊在这些输出的任意一侧，它们会正常工作。输出不必真正精确地平衡即可看到旧的逻辑已经消失，例如74LS输出具有1.6 mA灌电流和0.4 mA源，4比1的比率。因此，不能说重点仍然是，这只是普遍存在的旧习惯。除非您只爱Microchip ：-)

— TonyM '17

@TonyM我的意思更多是关于查看数据表并进行相关的健全性检查，而不是任何一种设备。而且，尽管如此，预见到一些差异并非没有道理。而且，如果您有选择的话，即使在今天，使用active-LOW也可能会更加安全。但是请务必检查！显然，对于某些应用（例如LED），今天的可能性要比20年前大得多。但是，OP正在询问“为什么？” 他们找到他们发现的东西。我的答案就是对这个问题的答案。我仍然希望看到某些设备在3V电压下的曲线（而不是表格行）。

— jonk

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相当普遍的（虽然不像以前那样普遍），微控制器的输出引脚在低态下吸收的电流多于在高态下提供的电流。结果，设计人员习惯于在电源和引脚之间（而不是在接地和引脚之间）放置LED或需要大电流（对于微控制器引脚）的其他任何东西。当微控制器具有对称的源/宿功能时，这不是必需的，但也不会造成损害。

例如，以下是PIC 16F1459（相当新的并且肯定是主流的生产零件）数据手册的摘录：

请注意，在相同的电源电压下，输出低电压情况下的电流要比输出高电压情况下的电流高。并且，灌电流规定为上升600 mV，而灌电流规定为700 mV下降。总而言之，这款微型计算机的常规I / O引脚具有明显更强大的低压侧驱动器。

许多较新的微米是对称的，显然尤其是那些最初没有很多源/吸收能力的微米。

如果LED需要的电流超过数字输出所能承受的电流，或者至少要超过其允许承受的电流，则需要使用外部晶体管。低侧开关是自然而简单的选择。然后将LED连接在电源和该晶体管之间。

— 奥林·拉斯罗普（Olin Lathrop）
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你好，你的答案更正：这是很常见的微控制器输出引脚可以沉下低状态的电流超过他们可以在高状态源。过去10年或10年以上的微控制器具有平衡的输出，可提供尽可能多的沉陷]我完全同意8048、8051、6811和所有旧有的情况，但2005年后或类似年份的情况并非如此像所有ARM一样。谢谢。

— TonyM '17

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@Tony：不对称的源/接收器仍然很常见，尽管比以前少了。我刚刚检查了PIC 16F1xxx（特别是16F1359）部件之一，它们是相当新的。使用5 V Vdd时，高输出可提供3.5 mA的电流，且压降为700 mV。低输出可吸收8 mA电流，压降为600 mV。即使在现代微镜中，这也没有消失。

— 奥林·拉斯洛普

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PIC16F1xxxx是旧PIC16Fxxx系列的升级产品，但仍是较古老的技术。它们现在都是对称的，具有25％typ的宽公差。和1 / Vdd敏感。

— 托尼·斯图尔特Sunnyskyguy EE75年

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感谢您的关注，但Microchip的部分似乎具有误导性。我抬起头：NXP P89LPC933（8051，2004），Iol = Ioh = 20 mA；恩智浦LPC1111（ARM，2010），Iol = Ioh = 4 mA；TI OMAP5910，Iol = Ioh =相同（可配置）mA；TI TMS320C620，Iol = Ioh = 8 mA; Silicon Labs EFM32GG380（2014），Iol = Ioh =相同（可配置）mA。忽略接收器上缺少的“-”。本来可以继续前进，在我的数据表库中只花了5分钟的时间...就我个人而言，几十年来我从未见过不平衡的情况。请您能像我之前的评论一样重新编辑您的答案，以便完整地展示您的答案，并且对您的答案无害。

— TonyM '17

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@OlinLathrop“ 6F1xxx系列最近与旧的16Fxxx系列相同。” 是的，我知道这一点，但是他们选择不升级RdsOn规格，因此Vol，Voh相同，这样在传统的板设计中Q不会改变，这不会影响带状线的特性和振铃。在不受控制的阻抗磁道上将驱动器Z更改为一半（读感应）可能会导致振铃产生错误的边缘），因此，对于以最大f.clk工作的驱动器规格，其规格已经过时。Q = 2pi * f * L（f）/ ESR用于源驱动器

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75，2016年

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通过使用下拉设计，可以使用具有1.8V 但5V容限的微控制器，无需任何外部组件，即可切换具有5V电源的设备（例如LED）。

当（未配置漏极开路）引脚未下拉时，它处于浮动状态，因为没有电流汲取，电压将浮动至LED的电源电压，因此为5V。对于某些但不是全部的低压微控制器，这是可以的。

这样，您可以直接在电源线上运行LED，并为微控制器使用电流较低的电压转换器。这是使用例如的唯一方法。无需添加更多组件的1.8v微型蓝色LED。

例如，恩智浦LPC81xM系列的引脚在微型电源供电时即使在1.8v电压下也能承受5v电压。

恩智浦LPC81xM的数据资料

— 佩尔
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因为开漏 MOSFET通常比推拉吸收更多的电流，有时甚至可以承受更大的电压范围。在开漏状态下使用LED仅适用于低电平有效配置。虽然取决于微型，但有些只是推拉。

— 电压峰值
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