CN106714376B - 一种汽车中控台上亮度可调变色多路led指示电路 - Google Patents

一种汽车中控台上亮度可调变色多路led指示电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车中控上的多个LED指示电路，包括正极PWM亮度调节电路、若干变色指示LED控制电路和负极PWM亮度调节电路；每一变色指示LED控制电路的输入端与正极PWM亮度调节电路的输出端连接，输出端与负极PWM亮度调节电路的输出端连接，正极PWM亮度调节电路和负极PWM亮度调节电路通过单片机控制，进而通过正、负极PWM亮度调节电路来单独控制每一变色指示LED控制电路中的两个LED亮灭，实现变色指示，同时还通过正极PWM亮度调节电路和负极PWM亮度调节电路来单独控制每一变色指示LED控制电路中的两个LED的亮度衰减控制和恒流控制亮度显示。本发明用尽量少的单片机资源、尽量低的成本实现汽车中控台上多个灯光指示的变色指示功能。

Description

一种汽车中控台上亮度可调变色多路LED指示电路
技术领域
本发明涉及汽车内饰上一种多位置指示装置，特别涉及一种汽车中控上的多个LED指示电路。
背景技术
汽车上中控台的指示灯基本全部采用LED指示，LED具有价格低廉，耗能低，寿命长，颜色多样等特点，非常适合在汽车空调控制器，汽车音响等中控台设备使用。
目前，汽车中控上亮度可调变色多路LED指示电路效果主要通过该方式实现：每一个LED均通过一个单片机IO端口交替切换高/低电平，控制三极管导通/截止，从而控制LED亮/灭；通过单片机内部定时器来调制IO端口高、低电平持续时间比例，从而控制LED亮度。相对于本发明，这种方式有三个不足之处：
(1)占用较多单片机端口资源；
(2)当LED指示较多时，多用较多三极管，成本增加；
(3)需要很多单片机IO口在高/低电平之间频繁切换，增加电路板上单片机电源线上的高频传导干扰发射；
(4)当电源电压出现正浪涌波动时，LED亮度会出现变化；
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有汽车中控上亮度可调变色多路LED指示电路所存在的不足而提供一种基于使用LED，用尽量少的单片机资源、尽量低的成本实现汽车中控台上多个灯光指示的变色指示功能，同时，能实现相对独立的灯光亮度调节的功能的一种汽车中控上的多个LED指示电路。
本发明所要解决的技术问题可以通过以下的技术方案来实现：
一种汽车中控上的多个LED指示电路，包括正极PWM亮度调节电路、若干变色指示LED控制电路和负极PWM亮度调节电路；每一变色指示LED控制电路的输入端与所述正极PWM亮度调节电路的输出端连接，每一变色指示LED控制电路的输出端与所述负极PWM亮度调节电路的输出端连接，所述正极PWM亮度调节电路和负极PWM亮度调节电路通过单片机控制，进而通过所述正极PWM亮度调节电路和负极PWM亮度调节电路来单独控制每一变色指示LED控制电路中的两个LED亮灭，实现变色指示，同时还通过所述正极PWM亮度调节电路和负极PWM亮度调节电路来单独控制每一变色指示LED控制电路中的两个LED的亮度衰减控制和恒流控制亮度显示。
在本发明的一个优选实施例中，所述亮度衰减控制是定义单片机两个PWM信号占空比为100％时，所有LED亮度为初始亮度；每一变色指示LED控制电路中的第一LED亮度为初始亮度乘以第一个PWM信号占空比，第二LED亮度为初始亮度乘以第一个PWM信号占空比，再乘以第二个PWM信号占空比。
在本发明的一个优选实施例中，所述恒流控制亮度显示是：当电源电压出现高电压正浪涌时，利用两个串联的二极管导通压降固定，功率三极管发射极与基极之间压降不变，那么采样电阻压降不变，功率三极管集电极输出电流不变，从而所有LED显示亮度恒定。
在本发明的一个优选实施例中，所述正极PWM亮度调节电路由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一二极管、第二二极管、PNP型功率三极管和第一NPN型三极管，其中所述PNP型功率三极管的发射极通过第一电阻连接到电源进行采样；第一二极管的正极接电源，第一二极管的负极与第二二极管的正极串联，第二二极管的负极接PNP型功率三极管基极；第二电阻的一端接PNP型功率三极管基极，第二电阻的另一端接第一NPN三极管集电极；第三电阻的一端接单片机的一个PWM信号，第三电阻的另一端接第一NPN三极管的基极，第四电阻的一端接第一NPN三极管的基极，第四电阻的另一端接地，第三电阻和第四电阻进行分压给第一NPN三极管的基极提供一个偏置电压；第一NPN三极管的发射极接地；所述PNP型功率三极管集电极作为所述正极PWM亮度调节电路的输出端。
在本发明的一个优选实施例中，每一变色指示LED控制电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一LED、第二LED和第二NPN三极管，所述第五电阻的一端作为每一变色指示LED控制电路的输入端与所述正极PWM亮度调节电路的输出端连接，第五电阻的另一端分别与第一LED、第二LED的正极连接，第一LED的负极与第二NPN三极管的集电极连接，第六电阻的一端与单片机的一个IO端口控制连接，第六电阻的另一端与第二NPN三极管的基极连接，第七电阻的一端与第二NPN三极管的基极连接，第六电阻和第七电阻进行分压给第二NPN三极管的基极提供一个偏置电压；第七电阻的另一端和第二NPN三极管的发射极均接地，第二LED的负极作为每一变色指示LED控制电路的输出端。
在本发明的一个优选实施例中，所述负极PWM亮度调节电路包括第三二极管、第八电阻、第九电阻和第三NPN三极管，第三二极管的正极作为负极PWM亮度调节电路的输入端与所有变色指示LED控制电路的输出端连接，第三二极管的负极与第三NPN三极管的集电极连接，第八电阻的一端接单片机的另一个PWM信号，第八电阻的另一端接第三NPN三极管的基极，第九电阻的一端接第三NPN三极管的基极，第九电阻的另一端和和第三NPN三极管的发射极均接地，第八电阻和第九电阻进行分压给第三NPN三极管的基极提供一个偏置电压。
本发明的工作原理如下：
当单片机的一个PWM信号为高电平时，正极PWM亮度调节电路中的NPN三极管导通，使PNP型功率三极管的发射极、基极形成偏置电压，正极PWM亮度调节电路中的PNP型功率三极管导通，PNP型功率三极管的集电极有电压输出；此时，若单片机的一个IO端口为高电平，单片机的另一个PWM信号为高电平，则变色指示LED控制电路中的第二NPN三极管、负极PWM亮度调节电路中的第三NPN三极管导通，变色指示LED控制电路中的第一LED亮，而(第一LED压降+第二NPN三极管的集电极、发射极之间压降)<(第二LED导通压降+第三二极管导通压降+第三NPN三极管的集电极、发射极之间压降)，第二LED不亮；若单片机的一个IO端口为低电平，单片机的另一个PWM信号为高电平，则第二NPN三极管不导通，第三NPN三极管导通，第一LED不亮，第二LED亮；若单片机的一个IO端口、单片机的另一个PWM信号均为低电平，则第二NPN三极管、第三NPN三极管均不导通，第一LED、第二LED均不亮。
当单片机的一个PWM信号为低电平时，第一NPN三极管不导通，PNP型功率三极管不导通，PNP型功率三极管的集电极没有电压输出；所有变色指示LED控制电路中的第一LED、第二LED均不亮。
由上可设定单片机的两个PWM信号的占空比来调制所有所有变色指示LED控制电路中的第一LED、第二LED亮度；设定所有单片机的IO端口为高电平/低电平，决定每路变色指示LED控制电路中的第一LED、第二LED显示的颜色。
当电源POWER电压出现高电压正浪涌时，利用串联的PNP型功率三极管和第一NPN型三极管导通压降固定，PNP型功率三极管的发射极与基极之间压降不变，那么第一电阻采样压降不变，PNP型功率三极管的集电极输出电流不变，从而所有LED显示亮度恒定。
由于采用以上技术方案，本发明与同类电路相比具有以下优势：
(1)占用单片机端口资源较少；
(2)当LED指示较多时，所使用的三极管数量较少，成本降低；
(3)不需要很多单片机IO口在高/低电平之间频繁切换，降低了电路板上单片机电源线上的高频传导干扰发射；
(4)当电源电压出现正浪涌波动时，利用功率三极管所构成的恒流电路，使所有LED电流恒定，避免LED亮度出现明显变化；
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，附图以说明
图1为本发明的电路图。
图2为本发明的时序图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1所示，图中所示的一种汽车中控上的多个LED指示电路包括正极PWM亮度调节电路、若干变色指示LED控制电路和负极PWM亮度调节电路；每一变色指示LED控制电路的输入端与所述正极PWM亮度调节电路的输出端连接，每一变色指示LED控制电路的输出端与所述负极PWM亮度调节电路的输出端连接，所述正极PWM亮度调节电路和负极PWM亮度调节电路通过单片机控制，进而通过所述正极PWM亮度调节电路和负极PWM亮度调节电路来单独控制每一变色指示LED控制电路中的两个LED亮灭，实现变色指示，同时还通过所述正极PWM亮度调节电路和负极PWM亮度调节电路来单独控制每一变色指示LED控制电路中的两个LED的亮度衰减控制和恒流控制亮度显示。
亮度衰减控制是定义单片机两个PWM信号占空比为100％时，所有LED亮度为初始亮度；每一变色指示LED控制电路中的第一LED亮度为初始亮度乘以第一个PWM信号占空比，第二LED亮度为初始亮度乘以第一个PWM信号占空比，再乘以第二个PWM信号占空比。
恒流控制亮度显示是：当电源电压出现高电压正浪涌时，利用两个串联的二极管导通压降固定，功率三极管发射极与基极之间压降不变，那么采样电阻压降不变，功率三极管集电极输出电流不变，从而所有LED显示亮度恒定。
正极PWM亮度调节电路由电阻R1、R2、R3、R4、二极管D1、D2、PNP型功率三极管TR1和NPN型三极管TR2，其中PNP型功率三极管TR1的发射极通过电阻R1连接到电源POWER进行采样；二极管D1的正极接电源POWER，二极管D1的负极与二极管D2的正极串联，二极管D2的负极接PNP型功率三极管TR1基极；电阻R2的一端接PNP型功率三极管TR1基极，电阻R2的另一端接NPN三极管TR2集电极；电阻R3的一端接单片机的一个PWM-1信号，电阻R3的另一端接NPN三极管TR2的基极，电阻R4的一端接NPN三极管TR2的基极，电阻TR2的另一端接地，电阻R3、R4进行分压给NPN三极管TR2的基极提供一个偏置电压；NPN三极管TR2的发射极接地；PNP型功率三极管TR1集电极作为所述正极PWM亮度调节电路的输出端。
本具体实施方式中的变色指示LED控制电路为四路，四路变色指示LED控制电路并联，其中第一路变色指示LED控制电路包括电阻R5、R9、R13、LED L1、L5和NPN三极管TR3；第二路变色指示LED控制电路包括电阻R6、R10、R14、LED L2、L6和NPN三极管TR4；第三路变色指示LED控制电路包括电阻R7、R11、R15、LED L3、L7和NPN三极管TR5；第四路变色指示LED控制电路包括电阻R8、R12、R16、LED L4、L8和NPN三极管TR6；下面就第一变色指示LED控制电路来详细说明变色指示LED控制电路的连接关系和工作原理：
电阻R5的一端作为第一路变色指示LED控制电路的输入端与正极PWM亮度调节电路的输出端连接，电阻R5的另一端分别与LED L1、L5的正极连接，LED L1的负极与NPN三极管TR3的集电极连接，电阻R9的一端与单片机的一个IO端口CTR1控制连接，电阻R9的另一端与NPN三极管TR3的基极连接，电阻R13的一端与NPN三极管TR3的基极连接，电阻R9、R13进行分压给NPN三极管TR3的基极提供一个偏置电压；电阻R13的另一端和NPN三极管TR3的发射极均接地,LED L5的负极作为第一变色指示LED控制电路的输出端。
第二、三、四路变色指示LED控制电路中的电阻R10、R11、R12的一端与单片机的IO端口CTR2、CTR3、CTR4控制连接。
负极PWM亮度调节电路包括二极管D3、电阻R17、R18和NPN三极管TR7，二极管D3的正极作为负极PWM亮度调节电路的输入端与所有变色指示LED控制电路的输出端连接，二极管D3的负极与NPN三极管TR7的集电极连接，电阻R17的一端接单片机的另一个PWM-2信号，电阻R17的另一端接NPN三极管TR7的基极，电阻R18的一端接NPN三极管TR7的基极，电阻R18的另一端和和NPN三极管TR7的发射极均接地，电阻R17、R18进行分压给NPN三极管TR7的基极提供一个偏置电压。
当PWM_1为高电平时，NPN三极管TR2导通，使PNP型功率三极管TR1的发射极、基极形成偏置电压，PNP型功率三极管TR1导通，PNP型功率三极管TR1的集电极有电压输出；此时，若单片机的一个IO端口CTR1为高电平，PWM_2为高电平，则NPN三极管TR3、TR7导通，L1亮，而(L1压降+NPN三极管TR3的集电极、发射极之间压降)<(L5导通压降+D3导通压降+NPN三极管TR7的集电极、发射极之间压降)，L5不亮；若CTR1为低电平，PWM_2为高电平，则NPN三极管TR3不导通，NPN三极管TR7导通，L1不亮，L5亮；若CTR1、PWM_2均为低电平，则NPN三极管TR3、NPN三极管TR7不导通，L1、L5均不亮。CTR2至CTR4类同。
当PWM_1为低电平时，NPN三极管TR2不导通，PNP型功率三极管TR1不导通，PNP型功率三极管TR1的集电极没有电压输出；所有LED均不亮。
设定PWM_1、PWM_2信号为PWM占空比信号，且PWM_1频率为PWM_2的整数倍(图2中取为4倍)，占空比分别为a％、b％，为了更形象描述LED亮度调节效果，见图2时序图。由图2可看出，当CTR1为高电平时，L1亮，衰减比例为a％，L5不亮；当CTR1为低电平时，L1不亮，L5亮，衰减比例为a％*b％。
当电源POWER电压升高时，假设电阻R1压降U1增大，通过R1电流I1增大，约等于PNP型功率三极管TR1的集电极电流，PNP型功率三极管TR1的发射极、基极之间压降增大；而二极管D1、D2串联，导通压降不变，矛盾，因此电阻R1压降U1不变，PNP型功率三极管TR1的集电极电流基本不变，形成恒流输出效果，使LED亮度不随电源POWER电压变化而变化。

Claims (6)

1.一种汽车中控上的多个LED指示电路，其特征在于，包括正极PWM亮度调节电路、若干变色指示LED控制电路和负极PWM亮度调节电路；每一变色指示LED控制电路的输入端与所述正极PWM亮度调节电路的输出端连接，每一变色指示LED控制电路的输出端与所述负极PWM亮度调节电路的输出端连接，所述正极PWM亮度调节电路和负极PWM亮度调节电路通过单片机控制，进而通过所述正极PWM亮度调节电路和负极PWM亮度调节电路来单独控制每一变色指示LED控制电路中的两个LED亮灭，实现变色指示，同时还通过所述正极PWM亮度调节电路和负极PWM亮度调节电路来单独控制每一变色指示LED控制电路中的两个LED的亮度衰减控制和恒流控制亮度显示。
2.如权利要求1所述的一种汽车中控上的多个LED指示电路，其特征在于，所述亮度衰减控制是定义单片机两个PWM信号占空比为100％时，所有LED亮度为初始亮度；每一变色指示LED控制电路中的第一LED亮度为初始亮度乘以第一个PWM信号占空比，第二LED亮度为初始亮度乘以第一个PWM信号占空比，再乘以第二个PWM信号占空比。
3.如权利要求1所述的一种汽车中控上的多个LED指示电路，其特征在于，所述恒流控制亮度显示是：当电源电压出现高电压正浪涌时，利用两个串联的二极管导通压降固定，功率三极管发射极与基极之间压降不变，那么采样电阻压降不变，功率三极管集电极输出电流不变，从而所有LED显示亮度恒定。
4.如权利要求1所述的一种汽车中控上的多个LED指示电路，其特征在于，所述正极PWM亮度调节电路由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一二极管、第二二极管、PNP型功率三极管和第一NPN型三极管，其中所述PNP型功率三极管的发射极通过第一电阻连接到电源进行采样；第一二极管的正极接电源，第一二极管的负极与第二二极管的正极串联，第二二极管的负极接PNP型功率三极管基极；第二电阻的一端接PNP型功率三极管基极，第二电阻的另一端接第一NPN三极管集电极；第三电阻的一端接单片机的一个PWM信号，第三电阻的另一端接第一NPN三极管的基极，第四电阻的一端接第一NPN三极管的基极，第四电阻的另一端接地，第三电阻和第四电阻进行分压给第一NPN三极管的基极提供一个偏置电压；第一NPN三极管的发射极接地；所述PNP型功率三极管集电极作为所述正极PWM亮度调节电路的输出端。
5.如权利要求4所述的一种汽车中控上的多个LED指示电路，其特征在于，每一变色指示LED控制电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一LED、第二LED和第二NPN三极管，所述第五电阻的一端作为每一变色指示LED控制电路的输入端与所述正极PWM亮度调节电路的输出端连接，第五电阻的另一端分别与第一LED、第二LED的正极连接，第一LED的负极与第二NPN三极管的集电极连接，第六电阻的一端与单片机的一个IO端口控制连接，第六电阻的另一端与第二NPN三极管的基极连接，第七电阻的一端与第二NPN三极管的基极连接，第六电阻和第七电阻进行分压给第二NPN三极管的基极提供一个偏置电压；第七电阻的另一端和第二NPN三极管的发射极均接地，第二LED的负极作为每一变色指示LED控制电路的输出端。
6.如权利要求5所述的一种汽车中控上的多个LED指示电路，其特征在于，所述负极PWM亮度调节电路包括第三二极管、第八电阻、第九电阻和第三NPN三极管，第三二极管的正极作为负极PWM亮度调节电路的输入端与所有变色指示LED控制电路的输出端连接，第三二极管的负极与第三NPN三极管的集电极连接，第八电阻的一端接单片机的另一个PWM信号，第八电阻的另一端接第三NPN三极管的基极，第九电阻的一端接第三NPN三极管的基极，第九电阻的另一端和和第三NPN三极管的发射极均接地，第八电阻和第九电阻进行分压给第三NPN三极管的基极提供一个偏置电压。
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