LED 燈工作原理

還記得當初接觸 Arduino 類的開發版，書上就會用 LED 燈閃爍來當作第一個範例，如同學程式語言，第一個程式就是「Hello, world!」。開發板換成 ESP32 依然是會用同樣的範例教您，只要執行結果正確，就代表您的電路板接線正確，控制程式碼輸入正確且編譯成功，程式能正常燒入到開發板上。看到 LED 按照程式指示的方式閃爍，心中的成就感油然而生。

不過物聯網的軟硬體越學越多，才發現事情沒這麼簡單。許多問題就從腦袋浮現出來，最常問的大概有下列幾個:

1. LED 是怎麼發光的?
2. 電子零件有這麼多不同的LED 元件，元件上的規格要怎麼讀懂啊?
3. 為什麼LED 元件不能直接接電源?要接一個限流電阻，經常是200歐姆。

LED 是怎麼發光的?

LED 發光原理不是三言兩語可以說明白。除了參考維基百科上「LED 」條目的介紹外，個人建議有興趣的同學可以參考 Youtube 上的「相比白炽灯，效率提升了10几倍！LED的工作原理，发光二极管到底是如何发光的呢？」教學影片。裡面用淺顯易懂的動畫說明，讓您可以逐漸讀懂 Wiki 上的解說。

電子零件有這麼多不同的LED 元件，元件上的規格要怎麼讀懂啊?

當您從電子材料行購買LED 材料時，您就會發現一個很驚人的事實。元件種類有夠多，但國中、高中課本裡根本沒介紹這麼多，規格標示讀不懂，要怎麼辦呢?最近筆者找到「LED芯片 | 不同種類的LED有什麼差別？通過測試讓你看清一切」這個教學影片，裡面有介紹市面上找得到的各種發光 LED 元件，非常值得讀者花點時間觀看。如果能做一點筆記，以後去買材料，就不會買錯或是不知道怎麼跟店員溝通。

為什麼LED 元件不能直接電源?要接限流電阻，經常是200 歐姆。

每一種顏色的LED 工作電壓均有不同:

1. 白色: 3.1 ~ 4.0 V
2. 紅色: 2.1 ~ 2.6 V
3. 綠色: 3.3 ~ 3.9 V
4. 藍色: 3.2 ~ 4.0 V
   而 ESP32 可以供應 5V 與 3.3V 的輸出，使用 5V 輸出，很明顯超過 LED 工作電壓上限，如果使用 3.3V 輸出，又無法讓大部份的LED 啟動。因此，我們必須使用 5V 的輸出電壓，加上一個電阻，將電壓調整到能啟動LED 又不會燒壞LED的電壓範圍。要如何計算呢?

根據歐姆定律 V = I * R ，我們此時假設要點亮紅色LED，5mm 的LED 需要的電流約為 0.02 安培，要搭配的電阻可這樣計算:

R = (5 – 2.1) / 0.02 = 145 歐姆，我們取整數值，為 150 歐姆。

那如果用 200 歐姆，則流經 LED 的電流是多少呢?

I = (5 – 2.1) / 200 = 0.0145 安培 < 0.02 安培，如果用 200 歐姆的電阻，LED 的亮度會暗一些，但依然可以正常點亮。

找電子零件不一定能剛好找到 150 歐姆的材料，所以就選比較容易找的 200歐姆電阻。

控制玩學機內建 LED 燈

根據技術文件可知，內建的LED 為腳位編號 16 ，因此我們寫程式時，要先設定輸出腳位為16，這樣才能點亮 LED 。

此時您將機器翻至背面，應該會發現內建的 LED 發出藍光。

那要怎麼讓他熄滅呢?請執行 「led.value(1)」，這樣 藍光LED 就會熄滅。

如何讓 LED 持續閃爍呢?

我們可以切換到 「BLOCKS」標籤，照著下圖編寫程式。點選執行後，您應該就會看到LED間隔一秒持續閃爍。

而對應的程式則是:

import machine
import time
while True:
	pin = machine.Pin(16, 3).value(1)
	time.sleep(1)
	pin = machine.Pin(16, 3).value(0)
	time.sleep(1)

控制擴充介面連接的兩節七段顯示器

玩學運算科技有出一個兩位數的七段顯示器套件，可以提供國中技藝班或高職電子類學生實習使用。學生可以從零件焊接開始組裝起，學習七段顯示器的控制電路，最後用程式來讓七段顯示器來顯示指定的數字，未來，更可進階使用四位數的七段顯示器，完成時鐘或是倒數計時器等作品。

兩位數七段顯示器的控制腳位如下圖:

請試著顯示數字88

請試著顯示 bb 字樣，相對應的 Python 程式如下:

import machine
machine.Pin(2,3).value(0)
machine.Pin(5,3).value(0)
machine.Pin(21,3).value(1)
machine.Pin(19,3).value(1)
machine.Pin(22,3).value(1)
machine.Pin(23,3).value(1)
machine.Pin(26,3).value(1)
machine.Pin(18,3).value(0)
machine.Pin(25,3).value(0)

如果要顯示兩位不同的數字要怎麼處理?

根據線路圖我們得知，兩個數字各段的線路都是相同，唯一不同只有小數點位置，其中 D1 代表左邊的數字，D2代表右邊的數字。例如我們要顯示「24」，就可以按照底下的方式處理。

這麼範例程式會有明顯的閃爍問題，您可以減少暫停的時間，例如0.05 變成 0.005 ，就會看起來同時顯示兩個數字。

講到這裡，我們先告一段落，明天我們將介紹「畫點、畫線、畫圖與秀圖」，明天見。