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[经验] 基于I2C接口的功能丰富且性价比又高的LED驱动器设计浅析

2019-6-5 05:00:15  351 LED LED驱动 PWM
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  LED无疑是当前最热的一个应用,无论是手持设备、游戏机、霓虹灯、广告牌等等,眩目的色彩及高质的光亮,总能第一时间吸引人的眼球。在当前众多的LED控制器面前,如何选择一款功能丰富且性价比又高的产品来迎合自己的设计,无疑是摆在每个设计师面前的问题。
  最简单的LED驱动,我们可以用普通的I/O来实现。但I/O控制只能实现LED的ON与OFF,无法用来进行混光、闪烁等功能,而且每个LED都需要占用一个单独的I/O资源,无疑性价比很低。我们也可以用专用的大电流LED控制器来设计,但昂贵的成本首先会成为问题,而且设计复杂,程度也会跟着各种干扰的出现相应地提高。基于这些,恩智浦(NXP)推出一系列使用I2C接口LED驱动器,它可以通过I2C接口的两根线,去同时控制从4个到24个不等LED的ON/OFF、闪烁及RGB混光。在混光方案里,每个LED都是由一个独立的8bit/256阶PWM来驱动。目前,通过芯片本身能驱动的每个LED电流范围为25mA到100mA之间。当然,对于一些大电流的应用场合,我们只需用外加场效应管的方式来实现。
  这种基于I2C的LED控制方式,增加了设计的方便性与灵活性,而且也会减少在软硬件方面的投入,使披着神秘面纱的LED对我们来讲顿时显得简单和精彩。下面,我们将会以恩智浦LED驱动器PCA9633为例,通过几个简单的应用来全面阐述这种LED驱动器的优势所在。
  PCA9633是四路LED驱动器,且每路可驱动最大25mA电流,并根据封装的不同提供了可选的固定I2C地址和带4位或7位硬件可编硬件地址(图1)。
  
  图1:PCA9633引脚及内部结构示意图
  从图1我们可以看到,每一路LED都是由一个单独的8bit/256阶的PWM来控制,且由于PWM足够快,使其理论上可以通过它所驱动的四个 LED混出任意颜色的光。除了每一路单独的PWM,PCA9633还提供了一个Group PWM,通过它我们可以用来控制所调混色光的亮度及频率,弥补了只调单个PWM不能实现的一些功能。那么PCA9633究竟如何来实现调光呢?秘密还是在PWM上面。如果不使用PWM,那么它只能完成开和关的动作;低速的PWM只能实现LED闪烁,并不足以达到混色的目的;高速的PWM就可以实现RGB混色;如果PWM速度可控,那么就可以实现闪烁和混色的双重功能。而且通过可控的8bit/256阶PWM,加大了色阶提升了色彩的层次感(见图2)。
  
  图2:混色原理(点击图片查看清晰原图)
  知道了混色的原理,那么一个具体的色彩又是如何产生的呢?我们知道人眼对色彩的感知是各种色彩亮度均值的叠加,我们可以通过控制PCA9633 每个PWM的占空比,去控制所驱动LED的亮度。根据三基色原理,如果我们驱动的是RGB(或者RGBA)LED,那么通过调节这三个LED的不同光亮,就可以得到所要的色彩。图3是PCA9633控制RGB 三个LED来调粉色光的例子。
  
  图3:PCA9633控制RGB三个LED来调粉色光

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