18、软件工程师的电子学基础：从LED电阻计算到数字电路设计

软件工程师的电子学基础：从LED电阻计算到数字电路设计

1. LED电阻计算基础

在进行LED电路设计时，如果没有匹配的LED数据手册（小批量使用时很常见），可以使用2伏的电压降和20毫安的参考电流进行计算。也可以使用设置为二极管模式的数字万用表来测量LED的正向电压。

接下来看看如何计算R1电阻的值。假设电路的参数如下：
|参数|数值|
| ---- | ---- |
|电源电压|3.3伏|
|LED典型正向电压|2.1伏|
|LED电流|20毫安|

计算电阻值的过程如下：
1. 根据基尔霍夫电压定律，回路中所有电压的代数和必须为零。电源电压为+3.3伏，LED电压降为2.1伏，那么电阻必须承担1.2伏的电压降，即 +3.3V + -2.1V + -1.2V = 0V。
2. 利用欧姆定律$R = \frac{V}{I}$，可计算出电阻值。
3. 计算可得$R1=\frac{1.2V}{20mA}= 60\Omega$，所以在上述电路中，电阻R1的值为60Ω。

2. 考虑树莓派的电流限制

树莓派GPIO引脚的电流限制需要我们在设计电路时加以考虑。对于配置为输出的GPIO引脚，安全使用的最大电流为16毫安，但默认情况下，每个GPIO不应超过8毫安。对于多个GPIO引脚，总电流不应超过约50毫安。对于GPIO输入引脚，连接外部输入设备或组件时，为确保安全操作，电流应限制在0.5毫安。

如果将电流限制在8毫安，重新计算R1的值：$R1=\frac{1.2V}{8mA}= 150\Omega$。

由于电阻的额定值并非精确值，存在一定的容