使用Arduino控制LED时，我真的需要电阻吗？

我只是在面包板上用2个闪烁的LED第一次尝试Arduino Uno。互联网上的所有教程似乎都使用电阻。我确实知道电阻的功能，但这真的重要吗？这些LED在没有电阻的情况下工作正常。

淘气！:-)。如果他们说要使用电阻器，那是有充分理由的！立即关闭！

电阻在那里限制LED的电流。如果您忽略它，则电流限制必须来自Arduino的输出，并且它不会喜欢它。您如何找出电阻器的需求？你知道欧姆定律吗？如果不这样做，则用大写字母写下来：

$V = I \cdot R$

电压等于电流乘以电阻。或者你可以说

$R = \dfrac{V}{I}$

这是同一件事。您知道的电压：Arduino以5V运行。但并非所有这些都会流经电阻。LED还具有压降，对于红色LED通常为2V左右。因此，电阻仍有3V电压。典型的指示灯LED的标称电流为20mA，然后

$R = \dfrac{5V - 2V}{20mA} = 150\Omega$

Arduino Uno使用ATmega328微控制器。数据手册指出，任何I / O引脚的电流均不应超过40mA，这就是所谓的绝对最大额定值。由于您没有任何限制电流的内容，因此输出晶体管只有（低！）电阻。电流可能会超过40mA，并且您的微控制器会受到损坏。

编辑
ATmega的数据表中的下图显示了如果不使用限流电阻驱动LED将会发生什么情况：

空载时，输出电压为预期的5V。但是，汲取的电流越高，输出电压越低，每增加4mA的负载，它就会下降约100mV。这是25的内部电阻。然后 $\Omega$

$I = \dfrac{5V - 2V}{25\Omega} = 120mA$

该图没有走太远，电阻会随着温度的升高而上升，但电流将保持很高。请记住，数据表给出了40mA的绝对最大额定值。你有三倍。这将肯定，如果你这样做了很长一段时间损坏I / O端口。可能还有LED。20mA指示灯LED通常具有30mA的绝对最大额定值。

40图

我不得不说，不建议您在没有电阻的情况下驱动LED，除非您知道自己在做什么。但是，如果您了解LED的行为，则可以在没有电阻的情况下安全地驱动它。实际上，在没有电流限制电阻的情况下驱动LED通常会更好。

为什么不使用电阻器来驱动LED？简单，使您的电路更节能。

您是否应该在将PWM设置为恒定占空比的情况下驱动LED（即5V PWM，占空比为34％，以实现1.7V的平均电压）？

是的，没有。使用PWM可以和施加特定电压一样有效（如果您小心的话），但是有更好的方法。采用PWM方法时需要担心的事情。

1. PWM的频率很重要。在这种情况下使用PWM时，您依赖于电路组件暂时处理高电流的能力。您最担心的是LED如何处理暂时的大电流以及芯片的输出电路如何处理暂时的大电流。如果该数据表中未指定该信息，则数据表作者会很懒。但！！！如果该数据表上注明了该信息，那么您可以放心地利用它。例如，我旁边的LED的最大额定电流为40mA。但是，它的“峰值正向电流”额定值也为200mA，请注意，电流不能在200mA保持超过10us的时间。太...我可以用1.7V的电压驱动LED（数据手册中的LED典型正向电压）。在占空比为34％且电源为5V的情况下（5V的34％= 1.7V）将产生1.7V的平均电压，我只需要确保PWM导通时间为10us或更短即可。在导通时间内，流经LED的电流可能会上升到58mA左右（58mA =我的二极管在1.7V时的典型电流除以34％）。58mA比我的LED的最大稳定电流40mA高出18mA。最后...我需要33.3kHz或更高的PWM频率来安全地驱动我的LED（33.3kHz = [10us导通时间除以34％得到PWM周期]的倒数）。在现实中，我可以安全地使用PWM以较低的PWM频率为我的LED供电。原因是：数据表通常不指定组件的所有有效操作方案。他们不指定那些方案，因为供应商没有 您想花时间在确定和支持将其组件用于角落用例中。例如，对于我的LED，如果我可以将LED永远以40mA的电流运行（40mA是稳定的最大电流额定值），并且我可以以200mA的电流将LED运行10us。然后，我可以确定99.99999％可以在100mA的电流下安全地操作LED超过10us，可能接近20us。

注意：只要电流峰值的持续时间很小，所有组件都可以安全地处理超过其最大额定值的临时电流峰值。有些组件会比其他组件更宽容，并且，如果您幸运的话，该组件的数据表将指定其处理峰值电流的能力。

2. PWM的电压很重要。我将通过示例而不是通过解释来说明我的观点。如果我们使用我之前提到的LED，我们知道5V时33.3kHz的34％占空比是安全的。但是，如果我们的电压为12V，则必须重新计算以保持流过LED的电流量相同。我们的占空比需要降至14.167％（1.7V除以12V），而我们的最小PWM频率将降至14.285kHz（[10us除以14.167％]的倒数）。然而！，这是值得关注的。在5V场景中，我们将5V施加10us，在12V场景中，我们将12V施加10us。在这10us内，我们将电压提高了一倍以上，这必然会带来一些后果。是的，有！我的LED数据表没有提供给我必要的数据，这些数据不知道在损坏LED之前我能在10us内使用多高的电压。10us的1000V肯定会油炸我的LED。但是，我怎么知道10us的5V会炒我的LED？还是10us的12V？如果没有针对它的规范，那么您将承担风险。因此... 10us的5V有风险，但很可能是安全的。

注意：您可以在电路中添加一个电容器以使PWM平均化，从而消除此问题。

3. PWM方法以开环方式驱动LED（使用不带PWM的1.7V电源也是如此）。您正在向LED施加平均电压，该电压恰好是打开LED 的正确值，但还不足以损坏LED。不幸的是，从导通（足够亮以至可见）到损坏的LED的电压范围很小（我的LED上的电压范围约为0.7V）。有多种原因导致您认为要施加的1.7V并非总是1.7V ...

一种。环境温度的变化。如果您在装有LED的密闭盒中装有电动机驱动器，稳压器等怎么办。这些其他组件将机箱内部的环境温度从25C升高到50C并不少见。温度的升高将改变您的LED，稳压器等的行为。您曾经安全的1.7V将不再是1.7V，而以前以2.5V进行油炸的LED现在将以2.2V进行油炸。

b。电源电压变化。如果您的电源是电池怎么办。随着电池电量的消耗，电压会大大下降。如果您将电路设计为可以使用略微用完的9V电池正常工作，但是又添加了一块新的9V电池该怎么办。全新的9V铅酸电池的实际电压通常为9.5V。根据提供用于PWM的5V的电路的不同，额外的0.5V可能会使您的5V PWM上升到5.3V。如果您使用充电电池怎么办？它们在整个放电周期内的电压范围更大。

C。还有其他情况，例如来自EMI的感应电流（电机会这样做）。

拥有限流电阻器可帮助您避免许多此类问题。

使用PWM驱动LED并不是一个很好的解决方案，是否有不需要电流限制电阻的更好方法？

是! 做他们在家里用LED灯泡所做的事情。用电流控制器驱动LED。设置电流控制器以驱动您的LED额定电流。

使用适当的电流控制器，可以大大增加电流，并且您可以安全地驱动LED，而不必担心驱动LED开环所涉及的大多数问题。

缺点：您需要一个电流控制器，电路的复杂度提高了10倍。但是不要气our。您可以购买电流控制器IC，LED驱动器IC，或制作自己的电流控制升压转换器。没那么难。花点时间摆脱繁忙的日程安排，了解升压和降压转换器。了解有关开关电源的信息。它们是为您的计算机提供动力的工具，并且它们非常节能。然后，要么从头开始构建，要么购买廉价的IC为您完成大部分工作。

当然，与所有电子设计一样，总有很多事情可以做，以使电路更好。请查看以下PDF中的图3，以查看这些天甚至家用LED灯泡的复杂程度。

http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/design_guides/led_protectors/littelfuse_led_lighting_design_guide.pdf.pdf

总结： 您必须自己决定愿意承担多大的风险。使用5V PWM驱动LED可能会很好地工作（特别是如果添加电容器来平滑PWM方波并最大化PWM频率）。不要太害怕将您的电子设备推到正常的工作条件之外，只是在执行操作时被告知，要知道自己承担的风险。

请享用！

仅供参考：令我惊讶的是，有多少人立即回答“您必须使用电流限制电阻”。这是好主意，但建议过于安全。

奥尔特

您可以使用内置的上拉电阻的建议在这里：

上拉电阻器提供足够的电流，以使连接到已配置为输入的引脚的LED变暗。

stevenvh的答案解释了您需要做的事情，但是您还必须计算LED上的功耗，以免烧坏压降电阻。例如，如果电源电压为5V，电阻的正向电压为1.0V，那么您将下降4V。使用220欧姆电阻器将导致18mA的电流（I = V / R）和72mW的功耗（P = IV）。

0402英制（1005公制）电阻通常为1 / 16W，即62.5mW。因此，在这种情况下，这是行不通的；否则会使电阻过热并缩短其使用寿命。因此，您需要更改为具有1 / 10W额定值的0402电阻或更大的0603电阻。

无论何时进行此类计算，都应将其添加到原理图中，以便审阅者可以轻松地再次检查您的工作。

请注意，正向电压（因此，电阻值）是LED的函数，并且不同颜色的LED将具有不同的值。特别是蓝色LED具有较高的正向电压（典型值为〜3.0V）。因此，如果您要使四个不同的LED具有相同的亮度，则需要为每个LED重复计算。要真正做到这一点，请查看每个LED在其额定电流下的光学特性，然后进行相应调整。

简短的答案是，是和不是，这取决于您的arduino，并且取决于您的led的颜色。例如，3.3V板并不需要串联一个绿色的小LED电阻，因为LED的正向电压是相当高的，看到这。内部电阻约为25欧姆，取（3.3-3）/ 25 = 12mA，所以这还是可以的，对于UNO板上使用的328p atmel处理器，每个引脚的最大电流不应超过40mA。您可以使用328p的派生词，而可能是另外一个故事）。但是，对于以5V运行的arduino，红外LED会出现问题，该LED的正向电压要低得多，通常为1.2V，（5-1.2）/ 25 = 150mA，这肯定太大了，因此请使用限流器作为驱动这些类型的LED的电阻。Arduino板上的引脚13（或变体上的另一个引脚）已经串联了一个LED和一个电阻。另外，电路板上的电源具有最大额定值，通常为200mA，您必须保持在此水平以下，并且每组引脚的消耗电流不能超过一定量的mA。在这里。如果要驱动许多LED，请考虑使用为您多路复用的矩阵LED驱动器，例如，在我的youtube区域演示MAX7219CNG驱动器。但是Arduino Uno也可以为您执行多路复用，请在youtube上查看我的带有4个七段LED的IR温度计。骇客入侵。

是！可以办到。

即使所说的是正确的...。还有另一种方法。以5v驱动LED的更节能方式。

这一点没有记载，并且解决方案是否会磨损LED尚不清楚，但是可以做到。我实际上是在做。

通过硬件使用PWM：这是一个示例：

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
void pwm_init()
{
    // initialize TCCR0 as per requirement, say as follows
    TCCR0 |= (1<<WGM00)|(1<<COM01)|(1<<WGM01)|(1<<CS00);

    // make sure to make OC0 pin (pin PB3 for atmega32) as output pin
    DDRB |= (1<<PB3);
}

void main()
{
    uint8_t duty;
    duty = 1;       // duty cycle = 0.39% of the time (depends on the oscillator.)

    // initialize timer in PWM mode
    pwm_init();

    // run forever
    while(1)
    {
        OCR0 = duty;
    }
}

PWM也可以使用软件和avrs计时器进行仿真。您可以在lufa库中找到一个名为的示例LEDNotifier.c。

我的结论是：可以驱动5V的LED。

优点：不需要电阻。也节省一些能源（〜50％）

缺点：我不知道该组件是否受力及其使用寿命的缩短。

有一个人也在斯坦福大学做过这个实验，并在他的网站上发布了一些信息。