CN107623965B - 数字脉宽调制方法、数字脉宽调制器及调光系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字脉宽调制方法、数字脉宽调制器及调光系统，用于LED调光，通过N位计数器对时钟信号进行计数，得出N位二进制数；权重产生器根据占空比权重公式，计算得出N位二进制数的N个占空比权重，N位二进制数第n位的占空比权重为n∈[1,N]，N为正整数；权重选通器将N位二进制数中与N位基准数据中为预设逻辑值的位的对应位产生的占空比权重选择通过；权重累加器将选择通过的各个占空比权重进行累计得出包括多组高低电平的预设占空比的调制脉冲信号。本申请将基准数据进行位分离，确定基准数据各位占空比重，实现一个调制周期内，输出多组高低电平，使得LED视觉刷新率较高，灰度变化均匀度较高，降低灰度变化的闪烁感。

Description

数字脉宽调制方法、数字脉宽调制器及调光系统

技术领域

本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种数字脉宽调制方法、数字脉宽调制器及调光系统。

背景技术

目前，LED调光方式包括模拟调光和脉宽调制(PWM)调光。

一般地，现有数字PWM调制过程可以具体为：N位计数器的计数值Cnt[n-1:0]与N位基准数据D[N-1:0]进行比较，当Cnt[n-1:0]小于D[N-1:0]时，比较器输出电平一直被置为高电平；当Cnt[n-1:0]等于D[N-1:0]时(设计数时间为t)，比较器输出电平被翻转为低电平；当计数器计满(设时间为T)，比较器输出电平再次被复位成高电平，至此完成一个脉冲周期的调制，占空比为t/T。

传统数字PWM调制不论占空比如何变化，在一个调制周期内脉宽调制器只输出一组高低电平，进而导致LED灰度变化均匀度低，闪烁感增加，视觉刷新率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种数字脉宽调制方法、数字脉宽调制器及调光系统，目的在于解决现有数字PWM调制在一个调制周期内输出一组高低电平导致LED灰度变化均匀度低、闪烁感增加及视觉刷新率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种数字脉宽调制方法，该方法包括：

N位计数器对时钟信号进行计数，得出N位二进制数；

权重产生器根据占空比权重公式，计算得出所述N位二进制数的N个占空比权重，其中，所述N位二进制数第n位的占空比权重为N为正整数；

权重选通器将所述N位二进制数中与N位基准数据中为预设逻辑值的位的对应位产生的占空比权重选择通过；

权重累加器将选择通过的各个所述占空比权重进行累计得出包括多组高低电平的预设占空比的调制脉冲信号。

可选地，还包括：

当所述N位基准数据的各位均为零时，全零检测器清零所述权重累加器，所述权重累加器输出占空比为零的调制脉冲信号。

此外，本发明还提供了一种数字脉宽调制器，应用于LED调光，该调制器包括N位计数器、与所述N位计数器相连的权重产生器、与所述权重产生器相连的权重选通器、与所述权重选通器分别相连的N位基准数据锁存器、权重累加器；

所述N位计数器用于对时钟信号进行计数，得出N位二进制数；

所述权重产生器用于根据占空比权重公式，计算得出所述N位二进制数的N个占空比权重，其中，所述N位二进制数第n位的占空比权重为N为正整数；

所述权重选通器用于将所述N位二进制数中与N位基准数据中为预设逻辑值的位对应的位产生的占空比权重选择通过；

权重累加器用于将选择通过的各个所述占空比权重进行累计得出包括多组高低电平的预设占空比的调制脉冲信号。

可选地，还包括与所述N位基准数据锁存器、所述权重累加器均相连的全零检测器；

所述全零检测器用于当所述N位基准数据的各位均为零时，清零所述权重累加器，以使所述权重累加器输出占空比为零的调制脉冲信号。

本发明还提供了一种调光系统，应用于LED调光，该系统包括LED和上述任一项所述的数字脉宽调制器。

可选地，所述LED为RGB LED。

本发明所提供的数字脉宽调制方法、数字脉宽调制器及调光系统，通过N位计数器对时钟信号进行计数，得出N位二进制数；权重产生器根据占空比权重公式，计算得出N位二进制数的N个占空比权重，其中，N位二进制数第n位的占空比权重为N为正整数；权重选通器将N位二进制数中与N位基准数据中为预设逻辑值的位的对应位产生的占空比权重选择通过；权重累加器将选择通过的各个占空比权重进行累计得出包括多组高低电平的预设占空比的调制脉冲信号。本申请将基准数据进行位分离，确定出基准数据各位的占空比重，即将每个调制周期的导通时间分成多个时间，进而实现在一个调制周期内，输出多组高低电平，使得LED的视觉刷新率较高，灰度变化均匀度较高，降低灰度变化时的闪烁感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的数字脉宽调制方法的一种具体实施方式的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种PWM调制波形图；

图3为本发明实施例提供的8位基准数据的数字脉宽调制电路的具体实现图；

图4为本发明实施例提供的数字脉宽调制器的结构示意框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的数字脉宽调制方法的一种具体实施方式的流程示意图，该方法包括以下步骤：

步骤101：N位计数器对时钟信号进行计数，得出N位二进制数。

可以理解，N可以为任意正整数，即计数器的位数可以是任意的，例如可以为8位计数器。且计数器的位数应和基准数据的位数一致。

步骤102：权重产生器根据占空比权重公式，计算得出所述N位二进制数的N个占空比权重，其中，所述N位二进制数第n位的占空比权重为N为正整数。

上述占空比权重公式即为基于此公式，可以计算出N位二进制数的每一位的占空比权重。n表示的是N位二进制数的第n位，且起始位可以是左边，也可以是右边。

例如，N位二进制数具体为10101010，此时，第一位可以是最左边的1，也可以是最右边的0，而当起始位0时，第4位的1的占空比权重为等于即第四位的占空比权重为当一个调制周期占空比为时，则第四位的导通时间即为权重产生器依次产生N位二进制数的N个占空比权重。

各位对应的权重关系可以参见下表1：

表1

步骤103：权重选通器将所述N位二进制数中与N位基准数据中为预设逻辑值的位的对应位产生的占空比权重选择通过。

上述预设逻辑值可以是1，也可以是0，即将N位二进制数中与基准数据上为预设逻辑值的位的对应位选择通过。例如，当N位基准数据为01010101，预设逻辑值为1，且起始位为最右边的0，此时，N位基准数据中为1的位是第2、4、6、8位，权重选通器则将N位二进制数的对应位的占空比权重选择通过，即N位二进制数的第2、4、6、8位的占空比权重被选择通过。

步骤104：权重累加器将选择通过的各个所述占空比权重进行累计得出包括多组高低电平的预设占空比的调制脉冲信号。

上述预设占空比可以是指预先设定的占空比，即上述调制脉冲信号包括多组高低电平，且可以维持总的占空比不变。

当预设逻辑值为1时，权重累加器进行累计后，可以得到占空比为的调制脉冲信号，其中，D(n)为N位基准数据。

例如，当二进制数据为10101010…0时，所输出的PWM调制波形可以具体如图2所示，图2为本发明实施例提供的一种PWM调制波形图。

如图2所示，D[N-1]表示基准数据的第N-1位，Cnt[n-1:0]为计数器产生的计数值，T为调制周期，可以看出，在一个T时间内，PWM有多组高低电平。

当然，基准数据也可能是全为0的数据，此时，所输出的脉冲信号的占空为0。故在本发明的一些实施例中，上述方法还可以包括：当所述N位基准数据的各位均为零时，全零检测器清零所述权重累加器，所述权重累加器输出占空比为零的调制脉冲信号。

当检测到N位基准数据均为0时，全零检测器生效，将权重累加器清零，数字PWM输出占空比也相应为0。

本实施例所提供的数字脉宽调制方法，通过N位计数器对时钟信号进行计数，得出N位二进制数；权重产生器根据占空比权重公式，计算得出N位二进制数的N个占空比权重，其中，N位二进制数第n位的占空比权重为N为正整数；权重选通器将N位二进制数中与N位基准数据中为预设逻辑值的位的对应位产生的占空比权重选择通过；权重累加器将选择通过的各个占空比权重进行累计得出包括多组高低电平的预设占空比的调制脉冲信号。该方法将基准数据进行位分离，确定出基准数据各位的占空比重，即将每个调制周期的导通时间分成多个时间，进而实现在一个调制周期内，输出多组高低电平，使得LED的视觉刷新率较高，灰度变化均匀度较高，降低灰度变化时的闪烁感。

为对数字脉宽调制方法进一步介绍，下面将结合图3具体介绍，图3为本发明实施例提供的8位基准数据的数字脉宽调制电路的具体实现图，其具体为数字脉宽调制的具体逻辑电路图。

参见图3，8位计数器计数值经过权重产生器获得8个权重值，经过权重选通器，8位基准数据D[7:0]中值为1的位将对应权重选择通过，脉宽调制器输出高电平。由于权重值决定了对应位的输出时间，也就决定了脉宽调制器输出逻辑电平的保持时间。另外，当D[7:0]为全0时，数据检测器生效，权重累加器被清零，脉宽调制器输出全周期低电平。

可以看出，通过该逻辑电路，可以将基准数据进行位分离，确定出基准数据各位的占空比重，即将每个调制周期的导通时间分成多个时间，进而实现在一个调制周期内，输出多组高低电平，使得LED的视觉刷新率较高，灰度变化均匀度较高，降低灰度变化时的闪烁感。

下面对本发明实施例提供的数字脉宽调制器进行介绍，下文描述的一种数字脉宽调制器与上文描述的一种数字脉宽调制方法可相互对应参照。

请参考图4，图4为本发明实施例提供的数字脉宽调制器的结构示意框图，该调制器包括N位计数器41、与N位计数器相连的权重产生器42、与权重产生器相连的权重选通器43、与权重选通器分别相连的N位基准数据锁存器44、权重累加器45；

N位计数器用于对时钟信号进行计数，得出N位二进制数；

权重产生器用于根据占空比权重公式，计算得出N位二进制数的N个占空比权重，其中，N位二进制数第n位的占空比权重为N为正整数；

权重选通器用于将N位二进制数中与N位基准数据中为预设逻辑值的位对应的位产生的占空比权重选择通过；

权重累加器用于将选择通过的各个占空比权重进行累计得出包括多组高低电平的预设占空比的调制脉冲信号。

可以理解，N位基准数据D[N-1:0]输入至N位数据锁存器，N位数据锁存器将N位基准数据输入至权重选通器。

优选地，上述数字脉宽调制器还可以包括与N位基准数据锁存器、权重累加器均相连的全零检测器46；全零检测器用于当N位基准数据的各位均为零时，清零权重累加器，以使权重累加器输出占空比为零的调制脉冲信号。

本实施例提供的数字脉宽调制器，应用于LED调光领域，将每一调制周期内脉冲信号离散多次，可以使得调制脉冲电平的纹波更小，进而提高LED的视觉刷新率，灰度变化的均匀性更高，闪烁感较低，整体显示效果更加柔和。

基于上述实施例，本实施例提供一种调光系统，该系统具体用于LED调光领域，具体可以包括LED和上述任一数字脉宽调制器。

优选地，上述LED为RGB LED，当然，也可以为其它类型的LED，在此不作限定。

可以看出，该调光系统通过上述数字脉宽调制器，调制出在一个周期内包括多组高低电平的数字脉宽信号，可以使得LED的视觉刷新率较高，灰度变化的均匀性更高，闪烁感较低，整体显示效果更加柔和。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的数字脉宽调制方法、数字脉宽调制器及调光系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种数字脉宽调制方法，应用于LED调光，其特征在于，包括：

N位计数器对时钟信号进行计数，得出N位二进制数；

权重产生器根据占空比权重公式，计算得出所述N位二进制数的N个占空比权重，其中，所述N位二进制数第n位的占空比权重为N为正整数；

权重选通器将所述N位二进制数中与N位基准数据中为预设逻辑值的位的对应位产生的占空比权重选择通过；

权重累加器将选择通过的各个所述占空比权重进行累计得出包括多组高低电平的预设占空比的调制脉冲信号。

2.如权利要求1所述的数字脉宽调制方法，其特征在于，还包括：

当所述N位基准数据的各位均为零时，全零检测器清零所述权重累加器，所述权重累加器输出占空比为零的调制脉冲信号。

3.一种数字脉宽调制器，应用于LED调光，其特征在于，包括N位计数器、与所述N位计数器相连的权重产生器、与所述权重产生器相连的权重选通器、与所述权重选通器分别相连的N位基准数据锁存器、权重累加器；

所述N位计数器用于对时钟信号进行计数，得出N位二进制数；

所述权重产生器用于根据占空比权重公式，计算得出所述N位二进制数的N个占空比权重，其中，所述N位二进制数第n位的占空比权重为N为正整数；

所述权重选通器用于将所述N位二进制数中与N位基准数据中为预设逻辑值的位对应的位产生的占空比权重选择通过；

权重累加器用于将选择通过的各个所述占空比权重进行累计得出包括多组高低电平的预设占空比的调制脉冲信号。

4.如权利要求3所述的数字脉宽调制器，其特征在于，还包括与所述N位基准数据锁存器、所述权重累加器均相连的全零检测器；

所述全零检测器用于当所述N位基准数据的各位均为零时，清零所述权重累加器，以使所述权重累加器输出占空比为零的调制脉冲信号。

5.一种调光系统，应用于LED调光，其特征在于，包括LED和上述权利要求3或4所述的数字脉宽调制器。

6.如权利要求5所述的调光系统，其特征在于，所述LED为RGB LED。