如何用 Air780EPM 的 GPIO 来驱动或控制 LED 灯的亮灭？

一、GPIO 直接驱动 LED

1. 适用场景

低功耗场景：LED 电流 ≤ 5mA（普通 GPIO 的驱动能力限制）。
休眠需求：若需 LED 在休眠时保持亮灭状态，需使用 AGPIO（Air780EPM 所有 AGPIO 的驱动电路总和上限是 5mA）。

2. 电路设计

GPIO → 限流电阻 → LED正极 → LED负极 → GND

3. 限流电阻计算

公式：

R=(VGPIO−VLED)/ILED

其中：

VGPIO=3.0V（Air780EPM 的 GPIO 电平）。
VLED：不同颜色 LED 的正向压降（典型值）：
- 红色 LED：2.0V∼2.2V
- 绿色 LED：2.8V∼3.3V
- 蓝色/白色 LED：3.0V∼3.6V
ILED：目标电流（通常选 5mA）。

示例计算：

红色 LED（VLED=2.0V，I=5mA）：

R1=(3.0V−2.0V)/5mA=200Ω（选 220Ω 标准电阻）

绿色 LED（VLED=2.8V，I=5mA）：

R2=(3.0V−2.8V)/5mA=40Ω（选 51Ω 标准电阻）

蓝色 LED（VLED=3.3V，I=5mA）：

R3=(3.0V−3.3V)/5mA=−60Ω（无法直接驱动，需三极管或 MOSFET）

4. LuatOS 代码示例

-- 初始化GPIO为输出模式（普通GPIO或AGPIO）
gpio.setup(23, 0)

-- 控制LED
gpio.set(23, gpio.HIGH)  -- 点亮LED
sys.wait(1000)
gpio.set(23, gpio.LOW)   -- 熄灭LED

二、三极管驱动 LED（中高功率场景）

1. 适用场景

电流需求：LED 电流 > 5mA（如蓝色/白色 LED）。
高电压支持：需外部电源（如 5V）驱动高亮度 LED。

2. 电路设计

GPIO → R4（2.2kΩ）→ 三极管基极（NPN，如2N3904）  
外部电源（如5V）→ R3 → LED正极 → LED负极 → 三极管集电极  
三极管发射极 → GND

3. 电阻计算

基极电阻 R4：

R4=(VGPIO−VBE)/IB=(3.0V−0.7V)/1mA=2.3kΩ（选 2.2kΩ 或 2.7kΩ）

LED 限流电阻 R3（以 5V 电源驱动蓝色 LED 为例）：

R3=(5V−3.3V)/20mA=85Ω（选 82Ω 或 100Ω）

4. LuatOS 代码

与 GPIO 直接驱动代码相同，通过控制 GPIO 电平开关三极管。

-- 初始化GPIO为输出模式（普通GPIO或AGPIO）
gpio.setup(23, 0)

-- 控制LED
gpio.set(23, gpio.HIGH)  -- 点亮LED
sys.wait(1000)
gpio.set(23, gpio.LOW)   -- 熄灭LED

三、PWM 调光（亮度调节）

1. 适用场景

调光需求：通过占空比调节 LED 亮度。
呼吸灯效果：结合 PWM 和延迟实现渐变效果。

2. 电路设计

直接驱动小功率 LED：

PWM → 限流电阻 → LED → GND

驱动大功率 LED：通过三极管/MOSFET 连接 PWM 信号。

3. LuatOS 代码示例

-- 初始化PWM
pwm.open(4, 1000, 50)  -- PWM通道4，频率1kHz，占空比50%
sys.wait(2000)
pwm.stop(23)             -- 停止PWM

-- 调整亮度
pwm.setDuty(4, 75)      -- 占空比75%
sys.wait(2000)
pwm.stop(4)             -- 停止PWM

四、其他驱动方式

1. NMOS 驱动（大功率场景）

适用场景：LED 电流 > 500mA（如高亮度 LED 灯带）。
电路设计：

GPIO → 限流电阻 → MOSFET栅极（如IRF510）  
外部电源（如12V）→ 限流电阻 → LED正极 → LED负极 → MOSFET漏极
MOSFET源极 → GND

2. 继电器驱动（高电压场景）

适用场景：控制 220V 交流 LED 灯。
电路设计：

GPIO → 三极管 → 继电器线圈 → GND  
继电器触点 → LED负载 → 电源

五、RGB LED 驱动方案

1. 电路设计

共阴极 RGB LED：

GPIO_R → R1（220Ω）→ 红色LED正极  
GPIO_G → R2（51Ω）→ 绿色LED正极  

GPIO_B → R4（2.2kΩ）→ 三极管基极（NPN，如2N3904）  
外部电源（如5V）→ R3（100Ω）→ 蓝色LED正极 → 蓝色LED负极 → 三极管集电极  
三极管发射极 → GND  

所有负极 → GND

共阳极 RGB LED：需通过三极管分别控制各通道。

2. LuatOS 代码示例

-- 初始化RGB LED的GPIO，输出，高
gpio.setup(23, gpio.HIGH)  -- 红色
gpio.setup(24, gpio.HIGH)  -- 绿色
gpio.setup(25, gpio.HIGH)  -- 蓝色（通过三极管）

六、注意事项

1. GPIO 驱动能力与 LED 兼容性

红色 LED：可直接驱动（需合理电阻）。
绿色 LED：若压降 ≤3.0V，可直接驱动（如_VLED_=2.8_V_）。
蓝色/白色 LED：需通过三极管/MOSFET 驱动。
RGB LED：蓝色/白色需外接驱动电路。

2. AGPIO 的使用限制

总电流限制：所有 AGPIO 的总驱动电流不能超过 5mA。
- 例如：同时驱动 3 个 LED，每个 LED 电流 2mA，总电流 6mA，需降电流或改用普通 GPIO。
- 休眠特性：AGPIO 在休眠时保持电平，适合常亮指示灯。

3. 休眠模式下的 GPIO 行为

普通 GPIO：休眠时断电，需加下拉电阻保持低电平，LED 熄灭。
AGPIO：休眠时保持电平，适合需要常亮的指示灯。
Wakeup IO：仅支持输入，不可作为输出。

4. 电路保护

TVS 防护：按键或机械开关需加 TVS 管（如 5V TVS）。
过流保护：使用保险丝或自恢复保险器。

七、LuatOS 开发关键函数

1. GPIO 控制，详见 gpio - luatos@air780epm - 合宙模组资料中心

gpio.setup(pin, mode, pull, irq_type)：配置 GPIO 模式。
gpio.set(pin, level)：设置电平（gpio.HIGH/gpio.LOW）。
gpio.get(pin)：读取输出电平状态。

2. PWM 控制，详见 pwm - luatos@air780epm - 合宙模组资料中心

pwm.setup(pin, freq, duty)：初始化 PWM 参数。
pwm.start(pin) / pwm.stop(pin)：启停 PWM。
pwm.setDuty(pin, duty)：调整占空比。

八、总结

直接驱动：适用于低功耗 LED，需合理计算电阻。
三极管/MOSFET：扩展驱动能力，支持高电压/大电流 LED。
PWM 调光：通过占空比调节亮度。
RGB LED：分通道设计，蓝色通常需要外接驱动电路。
LuatOS 开发：通过 GPIO 和 PWM 函数实现控制，注意 AGPIO 的电流限制和休眠特性。

通过以上方案，可灵活控制 Air780EPM 的 LED 灯，满足从简单指示到复杂调光的需求。