CN111511076A - 一种多基色led光源多像素消除亮度饱和电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路，所述电路包括电源控制电路、灰阶信号接收电路、灰阶信号处理电路、PWM输出电路和恒流驱动电路，电源控制电路用于将外部电源的电压降压为合适的电压，灰阶信号接收电路用于接收LED光源的灰阶信号，并转换为灰阶数字信号后输入给灰阶信号处理电路，灰阶信号处理电路用于生成新的灰阶信号，以消除亮度饱和，恒流驱动电路用于将PWM电平信号和恒电流信号整合为带灰阶的恒流驱动信号，并输入给LED光源以驱动LED光源发光。本发明在保持颜色比例的情况下，进行亮度修正，使得多基色LED光源在多像素混合使用时候能实现消除额外亮度，降低功耗，节能减排。

Description

一种多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路

技术领域

本发明涉及LED光源电路控制技术领域，具体涉及一种多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路。

背景技术

LED作为新一代光源，具有环保节能的优点，在照明、景观和装饰领域具有广泛的应用。在实际使用过程中，照明、装饰或景观所处环境复杂，以及人眼对绿色健康的认识的提高，都对LED光源有新的要求，其中，尤其对LED光源产生的亮度控制有更高追求。人眼视觉系统并不是对所有亮度区域都有同样的敏感度，在亮度较高区域，人眼视觉系统受到光刺激后会产生饱和，也即对该亮度区域形成亮度饱和区域。人眼对亮度饱和区域的亮度等级的敏感度和灰度的识别率都会大大下降，甚至产生厌恶的情绪，也即造成光污染，而且还额外耗能，为此需要对LED光源进行控制。

传统的LED驱动控制方式是，当LED的驱动电流确定后，其输出的功率亮度则为固定值，当多基色同时亮灯的时候，由于亮度叠加造成亮度饱和，进而形成亮度饱和区域，若简单把LED光源的整体功率调低，则一种颜色发光(亮灯)时又显得太暗。导致要么多基色整灯全亮时形成亮度饱和，要么单色亮灯亮度不足，无法符合目前的实际使用需求。因此，能够消除多余饱和亮度的LED灯具具有重要的现实意义，正常显示亮度的同时又能节能减排。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的提供一种多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路，其能够解决消除多余饱和亮度的问题。

实现本发明的目的的技术方案为：一种多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路，包括灰阶信号接收电路、灰阶信号处理电路、PWM输出电路和恒流驱动电路，

灰阶信号接收电路用于接收LED光源的灰阶信号，并将接收到的灰阶信号转换为灰阶数字信号，并将转换后的灰阶数字信号输入给灰阶信号处理电路，

灰阶信号处理电路包括信号解码单元和去亮度饱和处理单元，信号解码单元用于对灰阶数字信号进行解码，以得到去亮度饱和处理单元能够接收并处理的灰阶信号；去亮度饱和处理单元用于将LED光源的每个像素的每种基色的灰阶信号进行处理，并得到新的灰阶信号，以使得超过预设阈值的整个LED光源亮度调整至预设阈值以内，且维持各个基色比例不变，

PWM输出电路接收去亮度饱和处理单元输出的经过处理后的新的灰阶信号，PWM输出电路根据每一个像素的每一基色的灰阶信号生成对应PWM电平信号并发送给PWM输出电路，

恒流驱动电路用于将接收到的每一个像素的每一个基色的PWM电平信号和恒电流信号整合为带灰阶的恒流驱动信号，每个恒流驱动模块接收一组PWM电平信号，恒流驱动信号输入给LED光源并驱动LED光源发光，每一个恒流驱动模块对应驱动一组LED光源发光。

进一步地，所述灰阶信号接收电路包括收发器芯片U4、电容C33、电阻R37、R38、R39、R40、R41、双向瞬变抑制二极管D1、D2、自恢复保险丝PT1和PT2，收发器芯片U4的引脚RO作为接收端用于接收LED光源的灰阶信号，收发器芯片U4的RE引脚和DE引脚共同通过电阻R37接地，收发器芯片U4的DI引脚作为发射端TXD，收发器芯片U4的电源端VCC分别与正电压连接和通过电容C33接地，收发器芯片U4的接地端GND接地，收发器芯片U4的差分信号引脚B依次串联电阻R40和自恢复保险丝PT1，自恢复保险丝PT1的另一端作为信号输出端B，引脚B与电阻R40之间的连接节点通过电阻R38与电容C33共同接地；收发器芯片U4的引脚A依次串联电阻R41和自恢复保险丝PT2，自恢复保险丝PT2的另一端作为信号输出端A，电阻R40和自恢复保险丝PT1之间的连接节点和电阻R41和自恢复保险丝PT2之间的连接节点依次串联有双向瞬变抑制二极管D1和D2，其中，双向瞬变抑制二极管D1的正极与电阻R41和自恢复保险丝PT2之间的连接节点连接，双向瞬变抑制二极管D2的正极与电阻R40和自恢复保险丝PT1之间的连接节点连接；电阻R41与引脚A之间还连接有电阻R39的一端，电阻R39的另一端与+5V的电源连接；信号输出端A和B作为差分通信协议数字信号，并经过转换为TTL电平的灰阶数字信号后经收发器芯片U4作为RXD端的引脚RO发射给灰阶信号处理电路中的信号解码单元。

进一步地，所述PWM输出电路包括PWM调制芯片U3，以及电阻RV1、RE1、R01和电容CV1，电阻RV1的一端与外部或内部电源的电压输出端连接，电阻RV1的另一端分别通过电容CV1接地以及与PWM调制芯片U3的电源端VDD连接，PWM调制芯片U3的引脚DIN与灰阶信号处理电路的数据输出端连接，PWM调制芯片U3的引脚REXT通过电阻RE1接地，PWM调制芯片U3的引脚DOUT通过电阻R01与灰阶信号处理电路的输出端连接，PWM调制芯片U3的四个PWM引脚作为四个输出引脚。

进一步地，所述恒流驱动电路包括恒流驱动芯片UU1，以及电阻R1、R2、R3、R4和电容C1，恒流驱动芯片UU1的电源端VDD通过电阻R4与外部或内部电源的电压输出端连接，恒流驱动芯片UU1的输出端DOUT与LED光源连接，恒流驱动芯片UU1的引脚REXT连接电阻R3后与恒流驱动芯片UU1的接地端GND共同接地，恒流驱动芯片UU1的引脚DIM通过电阻R2与PWM输出电路的一个输出端连接，恒流驱动芯片UU1的引脚DIM还通过电阻R1分别与电容C1的一端和电源端VDD连接，电容C1的另一端接地。

进一步地，所述灰阶信号处理电路包括信号解码单元和去亮度饱和处理电路，信号解码单元包括移位寄存器、数据缓冲区、协议解码单元、像素颜色数据寄存器、GAMMA校正单元和接收控制器，移位寄存器、数据缓冲区、协议解码单元、像素颜色数据寄存器、GAMMA校正单元依次连接，接收控制器分别与移位寄存器和协议解码单元连接，移位寄存器在接收控制器的控制下用于接收灰阶信号接收电路输出的灰阶信号，并输出给数据缓冲区内存放，接收控制器产生中断信号通知协议解码单元，协议解码单元接收到中断信号后对数据缓冲区内的灰阶信号进行协议解码，解码得到的每个像素颜色数据，并将像素颜色数据存放到像素颜色数据寄存器内，GAMMA校正单元把每个像素颜色数据进行GAMMA校正，并把校正后的数据输入给去亮度饱和处理单元；

所述去亮度饱和处理单元包括寄存器矩阵、若干乘法运算器、一个亮度加法器、亮度饱和校正曲线运算器、校正参数h寄存器，以及像素颜色数据寄存器、移位寄存器、归零码发生器和发送控制器，寄存器矩阵共有n×m个寄存器，n为LED光源的像素数量，m为LED光源的颜色数量，GAMMA校正单元将对应像素颜色数据送入寄存器矩阵中对应的寄存器，寄存器矩阵中的每个寄存器将对应像素的颜色数据发送给亮度加法器进行相加求和处理，求和结果发送给亮度饱和校正曲线运算器进行处理，然后将处理结果发送给校正参数h寄存器，经校正参数h寄存器处理后的处理结果分别发送给各个乘法运算器，

寄存器矩阵中的每一个像素颜色数据分别发送给对应的乘法运算器，各个像素颜色数据和校正参数h相乘后均发送给像素颜色数据寄存器，然后将像素颜色数据发送给移位寄存器，移位寄存器在发送控制器的控制下进行缓存，然后将像素颜色数据发送给归零码发送器，归零码即是经灰阶信号处理电路处理后的新的灰阶信号，生成归零码后通过输出端口发送到PWM输出电路。

进一步地，所述GAMMA校正单元包括FIFO存储器、GAMMA校正参数存储器、幂指数运算器和校正后数据存储器，

其中，FIFO存储器用于接收灰阶信号值x，GAMMA校正参数存储器用于存储GMMA校正值γ，幂指数运算器接收FIFO存储器传送过来的灰阶信号值x和GMMA校正值γ，并进行幂指数运算，计算出来的结果放入校正后数据存储器，校正后数据存储器即是存储经过GAMMA校正过后的灰阶信号值。

进一步地，亮度饱和校正曲线运算器包括最大亮度寄存器、第一预设寄存器-第六预设寄存器、第一乘法运算器-第十乘法运算器、第一幂指数运算器-第三幂指数运算器、校正参数a寄存器、校正参数b寄存器、校正参数c寄存器、加法运算器、预设饱和寄存器、第一常量寄存器、饱和亮度阈值寄存器、比较器、校正运算结果H寄存器和第二常量寄存器，

最大亮度寄存器分别与比较器的第一输入端、第一乘法运算器的第一输入端、第一幂指数运算器的第一输入端、第二乘法运算器的第一输入端、第二幂指数运算器的第一输入端、第三乘法运算器的第一输入端、第三幂指数运算器的第一输入端和第十乘法运算器的第一输入端连接；第一预设寄存器的输出端与第一乘法运算器的另一输入端连接，第一乘法运算器的输出端与第一幂指数运算器的另一输入端连接，第一幂指数运算器的输出端与第四乘法运算器的另一输入端连接，第四乘法运算器的输出端与第六乘法运算器的第一输入端连接；第二预设寄存器的输出端与第二乘法运算器的另一输入端连接，第二乘法运算器的输出端与第二幂指数运算器的另一输入端连接，第二幂指数运算器的输出端与第五乘法运算器的第一输入端连接，第五预设寄存器的输出端与第五乘法运算器的另一输入端连接，第五乘法运算器的输出端与第六乘法运算器的第二输入端连接，校正参数a寄存器与第六乘法运算器的第三输入端连接，第六乘法运算器的输出端与加法运算器的第一输入端连接；第三预设寄存器的输出端与第三乘法运算器的另一输入端连接，第三乘法运算器的输出端与第三幂指数运算器的另一输入端连接，第三幂指数运算器的输出端与第七乘法运算器的第一输入端连接，第六预设寄存器的输出端与第七乘法运算器的另一输入端连接，第七乘法运算器的输出端与第八乘法运算器的第一输入端连接，校正参数b寄存器的输出端与第八乘法运算器的另一输入端连接，第八乘法运算器的输出端与加法运算器的第二输入端连接，校正参数c寄存器的输出端与加法运算器的第三输入端连接，加法运算器的输出端与第十乘法运算器的另一输入端连接，第十乘法运算器的输出端与校正运算结果H寄存器的输入端连接，校正运算结果H寄存器的输出端与选择器的第一输入端连接，第二常量寄存器与选择器的第二输入端连接，预设饱和亮度寄存器和第九乘法运算器的第一输入端连接，第一常量寄存器与第九乘法运算器的另一输入端连接，第九乘法运算器的输出端与饱和亮度阈值寄存器的输入端连接，饱和亮度阈值寄存器的输出端与比较器的另一输入端连接，比较器的输出端与选择器的第三输入端连接，选择器的输出计算输出校正系数，

其中，第一预设寄存器-第三预设寄存器均预设相同第一常量，第四预设寄存器-第六预设寄存器均预设相同第二常量，第一常量小于第二常量。

进一步地，所述第六乘法运算器为三输入的乘法器，或为由两输入的两个乘法器连接构成。

进一步地，还包括电源控制电路，电源控制电路用于将外部电源的电压降压为合适的电压，以输出至分别符合灰阶信号接收电路、灰阶信号处理电路和恒流驱动电路所需的工作电压。

进一步地，所述电源控制电路包括稳压二极管DD1和DD2，贴片电容EC1、EC2和EC7，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C25和C26，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8，电感L1、以及降压芯片IC1和稳压芯片U1，

稳压二极管DD1的正极与外部电源连接，稳压二极管DD1的负极与降压芯片IC1的电压输入引脚VIN连接，贴片电容EC1的正极与降压芯片IC1的电压输入引脚VIN连接，另一端接地，电容C1和C2并联接入贴片电容EC1的两端，电阻R1与电容C3串联连接形成第一串联支路，第一串联支路的两端并联接入贴片电容EC1的两端，电阻R1与电容C3之间的连接节点与电阻R2的一端连接并共同接入降压芯片的使能端EN，电阻R2的另一端接地，降压芯片IC1的接地端GND与贴片电容EC1的负极共同接地，引脚SS串联电容C4后与贴片电容EC1的负极共同接地，电阻R3、R7、电容C6和电阻R5依次串联连接并形成第二串联支路，第二串联支路的一端与降压芯片IC1的引脚FB连接，另一端与降压芯片IC1的引脚VO连接，电阻R4、R8和R6依次串联连接形成第三串联支路，第三串联支路并联在电阻R5的两端，电阻R6和电阻R8之间的连接节点与电阻R3和电阻R7之间的连接节点连接，电阻R4与R8之间的连接节点接地，贴片电容EC2、电容C7和电容C8并联连接形成第一并联电路，带贴片电容EC2正极的第一并联电路的一端通过电感L1与降压芯片IC1的引脚SW连接，以及与稳压芯片U1的输入端Vin连接，该第一并联电路的一端作为电压输出端VLED，另一端接地，电感L1与降压芯片IC1的引脚SW之间的连接节点还分别连接有稳压二极管DD2的负极和电容C5的一端，电容C5的另一端与降压芯片IC1的引脚BST连接，稳压二极管DD2的正极接地，稳压芯片U1的输入端Vin通过电容C25与稳压芯片U1的接地端GND共同接地，稳压芯片U1的输出端还分别与贴片电容EC7的正极和电容C26的一端连接，贴片电容EC7的负极和电容C26的另一端与稳压芯片U1的接地端GND共同接地。

本发明的有益效果为：本发明在保持颜色比例的情况下，进行亮度修正，使得多基色LED光源在多像素混合使用时候能实现消除额外超于人眼可接受范围外的亮度，自动降低功耗，达到节能减排的效果。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为本发明的电源控制电路示意图；

图3为本发明的灰阶信号接收电路示意图；

图4为本发明的恒流驱动电路示意图；

图5为本发明的PWM输出电路示意图；

图6为本发明外接的LED光源示意图；

图7为本发明的封装后的灰阶信号处理电路示意图；

图8为本发明的灰阶信号处理电路示意图；

图9为本发明的GAMMA校正单元的电路示意图；

图10为本发明的亮度饱和校正曲线运算器的电路示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方案，对本发明做进一步描述。

如图1-图10所示，一种多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路，包括电源控制电路、灰阶信号接收电路、灰阶信号处理电路、PWM输出电路和恒流驱动电路，电源控制电路用于将外部电源的电压降压为合适的电压，以输出至分别符合灰阶信号接收电路、灰阶信号处理电路和恒流驱动电路所需的工作电压。灰阶信号接收电路用于接收LED光源的灰阶信号，并将接收到的灰阶信号转换为TTL电平的灰阶数字信号，并将转换后的灰阶数字信号输入给灰阶信号处理电路。灰阶信号处理电路包括信号解码单元和去亮度饱和处理单元，信号解码单元用于接收异步串行通信协议传送来的灰阶数字信号数据包，根据灯具通信协议进行数据包解释，从数据包中获取自身灯具所需的像素的颜色灰阶信号值，再把各个像素的颜色灰阶信号值进行GAMMA校正数据转换处理，转换后的灰阶信号数据发送到去亮度饱和处理单元中。去亮度饱和处理单元根据接收到的灰阶信号进行处理，也即将LED光源的每个像素的每种基色的灰阶信号进行处理，并得到新的灰阶信号，以使得超过预设阈值的整个LED光源亮度调整至预设阈值以内，且维持各个基色比例不变。PWM输出电路通过IO口与去亮度饱和处理单元连接并接收去亮度饱和处理单元输出的经过处理后的新的灰阶信号，去亮度饱和处理单元将新的灰阶信号通过单极性归零码协议发送给PWM输出电路，PWM输出电路根据每一个像素的每一基色的灰阶信号生成对应PWM电平信号。PWM输出电路与恒流驱动电路连接，恒流驱动电路用于将接收到的每一个像素的每一个基色的PWM电平信号和恒电流信号整合为带灰阶的恒流驱动信号，每个恒流驱动模块接收一组PWM电平信号，恒流驱动信号输入给LED光源并驱动LED光源发光，每一个恒流驱动模块对应驱动一组LED光源发光。每一组LED光源接收对应的带灰阶的恒流驱动信号，从而使得整个LED发光单元产生灰度变化。其中，电源控制电路可以是内置，也可以是采用外部的电源控制电路，只需要输入给灰阶信号接收电路、灰阶信号处理电路和恒流驱动电路的电压符合要求即可。

如图2所示，所述电源控制电路包括稳压二极管DD1和DD2，贴片电容EC1、EC2和EC7，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C25和C26，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8，电感L1、以及降压芯片IC1和稳压芯片U1。稳压二极管DD1的正极与外部电源连接，稳压二极管DD1的负极与降压芯片IC1的电压输入引脚VIN连接，贴片电容EC1的正极与降压芯片IC1的电压输入引脚VIN连接，另一端接地，电容C1和C2并联接入贴片电容EC1的两端，电阻R1与电容C3串联连接形成第一串联支路，第一串联支路的两端并联接入贴片电容EC1的两端，电阻R1与电容C3之间的连接节点与电阻R2的一端连接并共同接入降压芯片的使能端EN，电阻R2的另一端接地，降压芯片IC1的接地端GND与贴片电容EC1的负极共同接地，引脚SS串联电容C4后与贴片电容EC1的负极共同接地，电阻R3、R7、电容C6和电阻R5依次串联连接并形成第二串联支路，第二串联支路的一端与降压芯片IC1的引脚FB连接，另一端与降压芯片IC1的引脚VO连接，电阻R4、R8和R6依次串联连接形成第三串联支路，第三串联支路并联在电阻R5的两端，电阻R6和电阻R8之间的连接节点与电阻R3和电阻R7之间的连接节点连接，电阻R4与R8之间的连接节点接地，贴片电容EC2、电容C7和电容C8并联连接形成第一并联电路，带贴片电容EC2正极的第一并联电路的一端通过电感L1与降压芯片IC1的引脚SW连接，以及与稳压芯片U1的输入端Vin连接，该第一并联电路的一端作为电压输出端VLED，另一端接地，电感L1与降压芯片IC1的引脚SW之间的连接节点还分别连接有稳压二极管DD2的负极和电容C5的一端，电容C5的另一端与降压芯片IC1的引脚BST连接，稳压二极管DD2的正极接地。稳压芯片U1的输入端Vin通过电容C25与稳压芯片U1的接地端GND共同接地，稳压芯片U1的输出端还分别与贴片电容EC7的正极和电容C26的一端连接，贴片电容EC7的负极和电容C26的另一端与稳压芯片U1的接地端GND共同接地。稳压芯片U1能够将降压芯片IC1输出的一级电压再次转变为5V电压，5V电压输入给灰阶信号接收电路和灰阶信号处理电路中的信号解码单元及去亮度饱和处理单元，作为它们的工作电压。

其中，贴片电容EC1、EC2和EC7的电容均为22μF，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C25和C26的电容分别为22μF、0.1μF、1nF、0.1μF、0.1μF、150p、10μF、0.1μF、0.1μF和0.1μF，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8的电阻分别为100KΩ、25KΩ、0Ω、16.5KΩ、300KΩ、300KΩ、680KΩ和18.2KΩ，也即电阻R3为0欧姆电阻，电感L1的电感为33μH，降压芯片IC1的型号优选为MP24943，稳压芯片U1的型号优选为LM7805。

如图3所示，所述灰阶信号接收电路包括收发器芯片U4，其型号优选为MAX13085、电容C33、电阻R37、R38、R39、R40、R41、双向瞬变抑制二极管D1、D2、自恢复保险丝PT1和PT2，收发器芯片U4的引脚RO作为接收端用于接收LED光源的灰阶信号，收发器芯片U4的RE引脚和DE引脚共同通过电阻R37接地，RE引脚和DE引脚的连接节点作为CTL1端，收发器芯片U4的DI引脚作为发射端TXD，收发器芯片U4的电源端VCC分别与+5V电压连接和通过电容C33接地，收发器芯片U4的接地端GND接地，收发器芯片U4的一个差分信号引脚B依次串联电阻R40和自恢复保险丝PT1，自恢复保险丝PT1的另一端作为信号输出端B，引脚B与电阻R40之间的连接节点通过电阻R38与电容C33共同接地。收发器芯片U4的引脚A依次串联电阻R41和自恢复保险丝PT2，自恢复保险丝PT2的另一端作为信号输出端A，电阻R40和自恢复保险丝PT1之间的连接节点和电阻R41和自恢复保险丝PT2之间的连接节点依次串联有双向瞬变抑制二极管D1和D2，其中，双向瞬变抑制二极管D1的正极与电阻R41和自恢复保险丝PT2之间的连接节点连接，双向瞬变抑制二极管D2的正极与电阻R40和自恢复保险丝PT1之间的连接节点连接。电阻R41与引脚A之间还连接有电阻R39的一端，电阻R39的另一端与+5V的电源连接。信号输出端A和B作为差分通信协议数字信号，并经过转换为TTL电平的灰阶数字信号后经收发器芯片U4作为RXD端的引脚RO发射给灰阶信号处理电路中的信号解码单元。

其中，电容C33的电容为0.1μF，电阻R37、R38、R39、R40、R41的电阻分别为4.7KΩ、47KΩ、47KΩ、10Ω和10Ω，自恢复保险丝PT1和PT2的型号优选为1812MF。

如图5所示，所述PWM输出电路包括PWM调制芯片U3，其型号优选为SM16824E，以及电阻RV1、RE1、R01和电容CV1，电阻RV1的一端与电源控制电路的电压输出端VLED连接，电阻RV1的另一端分别通过电容CV1接地以及与PWM调制芯片U3的电源端VDD连接，PWM调制芯片U3的引脚DIN与灰阶信号处理电路的数据输出端DA连接，PWM调制芯片U3的引脚REXT通过电阻RE1接地，PWM调制芯片U3的引脚DOUT通过电阻R01与灰阶信号处理电路的输出端D01连接，PWM调制芯片U3的四个PWM引脚(PWM1-PWM4)作为四个输出引脚，分别为PWM1-PWM4。

其中，电阻RV1、RE1、R01的电阻分别为1KΩ、8.2KΩ和510Ω，电容CV1的电容为0.1μF。

如图4所示，所述恒流驱动电路为多个，每个恒流驱动电路对应一组LED光源。以第一个恒流驱动电路为例，其包括恒流驱动芯片UU1，其型号优选为SM15102S，以及电阻R1、R2、R3、R4和电容C1，恒流驱动芯片UU1的电源端VDD通过电阻R4与电源控制电路的电压输出端VLED连接，恒流驱动芯片UU1的输出端DOUT与LED光源连接，恒流驱动芯片UU1的引脚REXT连接电阻R3后与恒流驱动芯片UU1的接地端GND共同接地，恒流驱动芯片UU1的引脚DIM通过电阻R2与PWM输出电路的一个输出端(PWM1)连接，恒流驱动芯片UU1的引脚DIM还通过电阻R1分别与电容C1的一端和电源端VDD连接，电容C1的另一端接地。图4中的其余三个恒流驱动电路与第一个恒流驱动电路类似，不同之处在于，每一个恒流驱动电路的输出端DOUT分别对应连接不同的LED光源，以及通过对应的电阻分别连接PWM输出电路的一个输出端。对应的，如图6所示，假设一个LED发光单元(即LED光源)有n个像素和m种颜色，则具有m个带灰阶的恒流驱动信号，每一组LED均包括n个像素，每一组LED对应一个恒流驱动电路，图6中有多个LED发光单元，其LED后的数字表示编号，例如LED11表示第一组LED的第一个LED。

其中，电阻R1、R2、R3、R4的电阻分别为22KΩ、330Ω、10KΩ、51KΩ，电容C1的电容为0.1μF。

如图8所示，所述灰阶信号处理电路包括信号解码单元和去亮度饱和处理电路。信号解码单元包括移位寄存器、数据缓冲区、协议解码单元、像素颜色数据寄存器、GAMMA校正单元和接收控制器，移位寄存器、数据缓冲区、协议解码单元、像素颜色数据寄存器、GAMMA校正单元依次连接，接收控制器分别与移位寄存器和协议解码单元连接，移位寄存器在接收控制器的控制下用于接收灰阶信号接收电路输出的灰阶信号，并输出给数据缓冲区内存放，接收控制器产生中断信号通知协议解码单元，协议解码单元接收到中断信号后对数据缓冲区内的灰阶信号进行协议解码，解码得到的数据计算每个颜色的像素数据，并将像素颜色数据存放到像素颜色数据寄存器内。GAMMA校正单元把每个像素颜色数据进行GAMMA校正，并把校正后的数据输入给去亮度饱和处理单元。GAMMA校正也即是灰阶信号值转换为带GAMMA校正的灰阶信号值，假设灰阶信号值为8bit，则转换公式为：

x表示接收到的输入的灰阶信号值，γ为GAMMA校正值，为常数，一般取γ＝2.2，f_γ(x)为转换后的灰阶信号值。上述转换公式可以通过运算器、寄存器和存储器实现。如图9所示，所述GAMMA校正单元包括FIFO存储器、GAMMA校正参数存储器、幂指数运算器和校正后数据存储器。其中，FIFO存储器用于接收输入的数据，也即接收灰阶信号值x，GAMMA校正参数存储器用于存储GMMA校正值γ，若γ＝2.2,则GAMMA校正参数存储器预先存储2.2，幂指数运算器接收FIFO存储器传送过来的灰阶信号值x和GMMA校正值γ，并进行幂指数运算，以实现上述公式①的计算，计算出来的结果放入校正后数据存储器，校正后数据存储器即是存储经过GAMMA校正(转换)过后的灰阶信号值f_γ(x)。幂指数运算器属于现有技术，其主要原理可通过加法器和/或乘法运算器实现，在此不进行赘述。

所述去亮度饱和处理单元包括寄存器矩阵、若干乘法运算器、一个亮度加法器、亮度饱和校正曲线运算器、校正参数h寄存器，以及像素颜色数据寄存器、移位寄存器、归零码发生器和发送控制器，假设LED光源具有n个像素和m种颜色，则每一个像素下对应有m个寄存器存储该像素下的m种颜色，也即每一个像素需要m个寄存器，因此寄存器矩阵共有n×m个寄存器，GAMMA校正单元将对应像素颜色数据送入寄存器矩阵中对应的寄存器。寄存器矩阵中的每个寄存器将对应像素的颜色数据发送给亮度加法器进行相加求和处理，求和结果发送给亮度饱和校正曲线运算器进行处理，然后将处理结果发送给各个校正参数h寄存器，经校正参数h寄存器处理后的处理结果分别发送给乘法运算器。寄存器矩阵中的每一个像素颜色数据分别发送给对应的乘法运算器，各个像素颜色数据和校正参数h相乘后均发送给像素颜色数据寄存器，然后将像素颜色数据发送给移位寄存器，移位寄存器在发送控制器的控制下进行缓存，然后将像素颜色数据发送给归零码发送器，归零码即是经灰阶信号处理电路处理后的新的灰阶信号，生成归零码后通过输出端口DA发送到PWM输出电路。

如图10所示，亮度饱和校正曲线运算器包括最大亮度寄存器、第一预设寄存器-第六预设寄存器、第一乘法运算器-第十乘法运算器、第一幂指数运算器-第三幂指数运算器、校正参数a寄存器、校正参数b寄存器、校正参数c寄存器、加法运算器、预设饱和寄存器、第一常量寄存器、饱和亮度阈值寄存器、比较器、校正运算结果H寄存器和第二常量寄存器。最大亮度寄存器分别与比较器的第一输入端、第一乘法运算器的第一输入端、第一幂指数运算器的第一输入端、第二乘法运算器的第一输入端、第二幂指数运算器的第一输入端、第三乘法运算器的第一输入端、第三幂指数运算器的第一输入端和第十乘法运算器的第一输入端连接。第一预设寄存器的输出端与第一乘法运算器的另一输入端连接，第一乘法运算器的输出端与第一幂指数运算器的另一输入端连接，第一幂指数运算器的输出端与第四乘法运算器的另一输入端连接，第四乘法运算器的输出端与第六乘法运算器的第一输入端连接。第二预设寄存器的输出端与第二乘法运算器的另一输入端连接，第二乘法运算器的输出端与第二幂指数运算器的另一输入端连接，第二幂指数运算器的输出端与第五乘法运算器的第一输入端连接，第五预设寄存器的输出端与第五乘法运算器的另一输入端连接，第五乘法运算器的输出端与第六乘法运算器的第二输入端连接，校正参数a寄存器与第六乘法运算器的第三输入端连接，第六乘法运算器的输出端与加法运算器的第一输入端连接。第三预设寄存器的输出端与第三乘法运算器的另一输入端连接，第三乘法运算器的输出端与第三幂指数运算器的另一输入端连接，第三幂指数运算器的输出端与第七乘法运算器的第一输入端连接，第六预设寄存器的输出端与第七乘法运算器的另一输入端连接，第七乘法运算器的输出端与第八乘法运算器的第一输入端连接，校正参数b寄存器的输出端与第八乘法运算器的另一输入端连接，第八乘法运算器的输出端与加法运算器的第二输入端连接，校正参数c寄存器的输出端与加法运算器的第三输入端连接。加法运算器的输出端与第十乘法运算器的另一输入端连接，第十乘法运算器的输出端与校正运算结果H寄存器的输入端连接，校正运算结果H寄存器的输出端与选择器的第一输入端连接，第二常量寄存器与选择器的第二输入端连接。预设饱和亮度寄存器和第九乘法运算器的第一输入端连接，第一常量寄存器与第九乘法运算器的另一输入端连接，第九乘法运算器的输出端与饱和亮度阈值寄存器的输入端连接，饱和亮度阈值寄存器的输出端与比较器的另一输入端连接，比较器的输出端与选择器的第三输入端连接，选择器的输出计算输出校正系数。第一预设寄存器-第三预设寄存器均预设常量0.8，第四预设寄存器-第六预设寄存器均预设常量255。

第六乘法运算器有三个输入端，对三个输入端的输入数据进行相乘运算，当然也还可以为由两个只有两个输入端的乘法运算器完成。

其中，亮度饱和校正曲线运算器对大于预设值的亮度进行修正，也即消除饱和亮度，其修正系数α即是在亮度饱和校正曲线运算器内计算完成，选择器输出的修正系数即是修正系数α。图10中，选择器根据比较器的输出结果，从校正运算结果H寄存器和第二常量寄存器中选择一个数值作为修正系数α值，其中，第二常量寄存器预设的数值为1，第十乘法运算器经过乘法运算后发送给校正运算结果H寄存器的数值为

饱和亮度阈值寄存器存储接收第九乘法器发送的数值为0.8*L_saturation，也即第一常量寄存器预设的常量为0.8，预设饱和亮度寄存器的数量为L_saturation，L_saturation为饱和亮度阈值，也即是预设阈值。最大亮度寄存器存储的数值为L_t，L_t也即是LED光源的混合色总亮度。比较器对0.8*L_saturation和L_t进行比较，若L_t>0.8*L_saturation，则选择器选择校正运算结果H寄存器的数据作为修正系数α值。也即选择器实现如下公式②的功能：

其中，

表示函数

中变量

的函数值，也即

其中，a,b,c为系数，其值为常数，a,b,c的数值经过计算得到后，分别用校正参数a寄存器、校正参数b寄存器和校正参数c寄存器进行预先设置存储。函数

也即是去饱和亮度修正曲线，其函数值即是去饱和亮度修正曲线的亮度值。第六乘法器的输出端的结果即为

第八乘法器的输出端的结果即为

因此，加法运算器即是对

和c三者进行相加。第七乘法运算器的输出结果为

第三乘法运算器的输出结果为0.8*L_t，而第三幂指数运算器实现

的幂指数运算，第六预设寄存器预设数值为255来代替2⁸(等于256)，用255来代替2⁸是考虑寄存器位数而近似替代，并不影响结果，当然也可直接将第六预设寄存器预设数值为256。图10的其他部分电路原理与类似，这里不过多赘述。

经过计算得到的修正系数α随后发送给校正参数h寄存器进行存储，校正参数h寄存器分别将修正系数α分别发送给图8中的寄存器，然后修正系数α与图8中各个像素颜色寄存器中的灰阶信号值进行相乘运算，图8中各个像素颜色寄存器中的灰阶信号值即是经过公式①转换后的灰阶信号值f_γ(PWM_(pi,cj))。也即，图8中校正参数h寄存器与各个乘法器实现公式③的计算：

其中，G′_γ为各个像素各种颜色的去饱和亮度的灰阶矩阵，其为GAMMA转换后灰阶矩阵G_γ和算子h的哈达玛积，

G′_γ(pi,cj)表示第i个像素的第j种颜色的消除饱和亮度后的灰阶信号值，LED光源的各个像素的各种颜色根据对应的灰阶信号值G′_γ(pi,cj)进行发光，从而实现LED光源的调光调色的控制。

本发明的工作原理：当接收控制器检测到有灰阶信号(RXD)时，控制启动移位寄存器将灰阶数字信号的数据字节存放到数据缓冲区，并产生中断信号通知协议解码单元对数据缓冲区中的灰阶数字信号进行协议解码，然后存入像素颜色数据寄存器，经过GAMMA校准单元进行校正后即完成信号解码单元的处理。然后将校正后的数据发送到去亮度饱和处理单元的寄存器矩阵中，亮度加法器把每个像素的每种颜色的数据转换为对应的亮度值后再进行亮度相加，得到叠加总亮度后发送到亮度饱和校正曲线运算器中，也即最大亮度寄存器存储叠加总亮度。亮度饱和校正曲线运算器根据总亮度和预设定的校正曲线得到消除饱和亮度的修正系数α，也即将修正系数α发送给校正参数h寄存器内。修正系数α和每个像素颜色寄存器中的原始颜色数据通过乘法运算器得到新的校正后的颜色数据并存放到像素颜色数据寄存器中。发送控制器检测到有数据需要发送的时候，开启移位寄存器把校正后的颜色数据传输到归零码发送器中，生成归零码后通过端口DA发送到PWM输出电路中，从而通过恒流驱动电路将调制后的像素颜色数据发送到各个LED，完成LED光源的调光调色，从而消除亮度饱和。

本说明书所公开的实施例只是对本发明单方面特征的一个例证，本发明的保护范围不限于此实施例，其他任何功能等效的实施例均落入本发明的保护范围内。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路，其特征在于，包括灰阶信号接收电路、灰阶信号处理电路、PWM输出电路和恒流驱动电路，

灰阶信号接收电路用于接收LED光源的灰阶信号，并将接收到的灰阶信号转换为灰阶数字信号，并将转换后的灰阶数字信号输入给灰阶信号处理电路，

灰阶信号处理电路包括信号解码单元和去亮度饱和处理单元，信号解码单元用于对灰阶数字信号进行解码，以得到去亮度饱和处理单元能够接收并处理的灰阶信号；去亮度饱和处理单元用于将LED光源的每个像素的每种基色的灰阶信号进行处理，并得到新的灰阶信号，以使得超过预设阈值的整个LED光源亮度调整至预设阈值以内，且维持各个基色比例不变，

PWM输出电路接收去亮度饱和处理单元输出的经过处理后的新的灰阶信号，PWM输出电路根据每一个像素的每一基色的灰阶信号生成对应PWM电平信号并发送给PWM输出电路，

恒流驱动电路用于将接收到的每一个像素的每一个基色的PWM电平信号和恒电流信号整合为带灰阶的恒流驱动信号，每个恒流驱动模块接收一组PWM电平信号，恒流驱动信号输入给LED光源并驱动LED光源发光，每一个恒流驱动模块对应驱动一组LED光源发光。

2.根据权利要求1所述的多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路，其特征在于，所述灰阶信号接收电路包括收发器芯片U4、电容C33、电阻R37、R38、R39、R40、R41、双向瞬变抑制二极管D1、D2、自恢复保险丝PT1和PT2，收发器芯片U4的引脚RO作为接收端用于接收LED光源的灰阶信号，收发器芯片U4的RE引脚和DE引脚共同通过电阻R37接地，收发器芯片U4的DI引脚作为发射端TXD，收发器芯片U4的电源端VCC分别与正电压连接和通过电容C33接地，收发器芯片U4的接地端GND接地，收发器芯片U4的差分信号引脚B依次串联电阻R40和自恢复保险丝PT1，自恢复保险丝PT1的另一端作为信号输出端B，引脚B与电阻R40之间的连接节点通过电阻R38与电容C33共同接地；收发器芯片U4的引脚A依次串联电阻R41和自恢复保险丝PT2，自恢复保险丝PT2的另一端作为信号输出端A，电阻R40和自恢复保险丝PT1之间的连接节点和电阻R41和自恢复保险丝PT2之间的连接节点依次串联有双向瞬变抑制二极管D1和D2，其中，双向瞬变抑制二极管D1的正极与电阻R41和自恢复保险丝PT2之间的连接节点连接，双向瞬变抑制二极管D2的正极与电阻R40和自恢复保险丝PT1之间的连接节点连接；电阻R41与引脚A之间还连接有电阻R39的一端，电阻R39的另一端与+5V的电源连接；信号输出端A和B作为差分通信协议数字信号，并经过转换为TTL电平的灰阶数字信号后经收发器芯片U4作为RXD端的引脚RO发射给灰阶信号处理电路中的信号解码单元。

3.根据权利要求1所述的多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路，其特征在于，所述PWM输出电路包括PWM调制芯片U3，以及电阻RV1、RE1、R01和电容CV1，电阻RV1的一端与外部或内部电源的电压输出端连接，电阻RV1的另一端分别通过电容CV1接地以及与PWM调制芯片U3的电源端VDD连接，PWM调制芯片U3的引脚DIN与灰阶信号处理电路的数据输出端连接，PWM调制芯片U3的引脚REXT通过电阻RE1接地，PWM调制芯片U3的引脚DOUT通过电阻R01与灰阶信号处理电路的输出端连接，PWM调制芯片U3的四个PWM引脚作为四个输出引脚。

4.根据权利要求1所述的多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路，其特征在于，所述恒流驱动电路包括恒流驱动芯片UU1，以及电阻R1、R2、R3、R4和电容C1，恒流驱动芯片UU1的电源端VDD通过电阻R4与外部或内部电源的电压输出端连接，恒流驱动芯片UU1的输出端DOUT与LED光源连接，恒流驱动芯片UU1的引脚REXT连接电阻R3后与恒流驱动芯片UU1的接地端GND共同接地，恒流驱动芯片UU1的引脚DIM通过电阻R2与PWM输出电路的一个输出端连接，恒流驱动芯片UU1的引脚DIM还通过电阻R1分别与电容C1的一端和电源端VDD连接，电容C1的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路，其特征在于，所述灰阶信号处理电路包括信号解码单元和去亮度饱和处理电路，信号解码单元包括移位寄存器、数据缓冲区、协议解码单元、像素颜色数据寄存器、GAMMA校正单元和接收控制器，移位寄存器、数据缓冲区、协议解码单元、像素颜色数据寄存器、GAMMA校正单元依次连接，接收控制器分别与移位寄存器和协议解码单元连接，移位寄存器在接收控制器的控制下用于接收灰阶信号接收电路输出的灰阶信号，并输出给数据缓冲区内存放，接收控制器产生中断信号通知协议解码单元，协议解码单元接收到中断信号后对数据缓冲区内的灰阶信号进行协议解码，解码得到的每个像素颜色数据，并将像素颜色数据存放到像素颜色数据寄存器内，GAMMA校正单元把每个像素颜色数据进行GAMMA校正，并把校正后的数据输入给去亮度饱和处理单元；

所述去亮度饱和处理单元包括寄存器矩阵、若干乘法运算器、一个亮度加法器、亮度饱和校正曲线运算器、校正参数h寄存器，以及像素颜色数据寄存器、移位寄存器、归零码发生器和发送控制器，寄存器矩阵共有n×m个寄存器，n为LED光源的像素数量，m为LED光源的颜色数量，GAMMA校正单元将对应像素颜色数据送入寄存器矩阵中对应的寄存器，寄存器矩阵中的每个寄存器将对应像素的颜色数据发送给亮度加法器进行相加求和处理，求和结果发送给亮度饱和校正曲线运算器进行处理，然后将处理结果发送给校正参数h寄存器，经校正参数h寄存器处理后的处理结果分别发送给各个乘法运算器，

寄存器矩阵中的每一个像素颜色数据分别发送给对应的乘法运算器，各个像素颜色数据和校正参数h相乘后均发送给像素颜色数据寄存器，然后将像素颜色数据发送给移位寄存器，移位寄存器在发送控制器的控制下进行缓存，然后将像素颜色数据发送给归零码发送器，归零码即是经灰阶信号处理电路处理后的新的灰阶信号，生成归零码后通过输出端口发送到PWM输出电路。

6.根据权利要求5所述的多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路，其特征在于，所述GAMMA校正单元包括FIFO存储器、GAMMA校正参数存储器、幂指数运算器和校正后数据存储器，

其中，FIFO存储器用于接收灰阶信号值x，GAMMA校正参数存储器用于存储GMMA校正值γ，幂指数运算器接收FIFO存储器传送过来的灰阶信号值x和GMMA校正值γ，并进行幂指数运算，计算出来的结果放入校正后数据存储器，校正后数据存储器即是存储经过GAMMA校正过后的灰阶信号值。

7.根据权利要求5所述的多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路，其特征在于，亮度饱和校正曲线运算器包括最大亮度寄存器、第一预设寄存器-第六预设寄存器、第一乘法运算器-第十乘法运算器、第一幂指数运算器-第三幂指数运算器、校正参数a寄存器、校正参数b寄存器、校正参数c寄存器、加法运算器、预设饱和寄存器、第一常量寄存器、饱和亮度阈值寄存器、比较器、校正运算结果H寄存器和第二常量寄存器，

最大亮度寄存器分别与比较器的第一输入端、第一乘法运算器的第一输入端、第一幂指数运算器的第一输入端、第二乘法运算器的第一输入端、第二幂指数运算器的第一输入端、第三乘法运算器的第一输入端、第三幂指数运算器的第一输入端和第十乘法运算器的第一输入端连接；第一预设寄存器的输出端与第一乘法运算器的另一输入端连接，第一乘法运算器的输出端与第一幂指数运算器的另一输入端连接，第一幂指数运算器的输出端与第四乘法运算器的另一输入端连接，第四乘法运算器的输出端与第六乘法运算器的第一输入端连接；第二预设寄存器的输出端与第二乘法运算器的另一输入端连接，第二乘法运算器的输出端与第二幂指数运算器的另一输入端连接，第二幂指数运算器的输出端与第五乘法运算器的第一输入端连接，第五预设寄存器的输出端与第五乘法运算器的另一输入端连接，第五乘法运算器的输出端与第六乘法运算器的第二输入端连接，校正参数a寄存器与第六乘法运算器的第三输入端连接，第六乘法运算器的输出端与加法运算器的第一输入端连接；第三预设寄存器的输出端与第三乘法运算器的另一输入端连接，第三乘法运算器的输出端与第三幂指数运算器的另一输入端连接，第三幂指数运算器的输出端与第七乘法运算器的第一输入端连接，第六预设寄存器的输出端与第七乘法运算器的另一输入端连接，第七乘法运算器的输出端与第八乘法运算器的第一输入端连接，校正参数b寄存器的输出端与第八乘法运算器的另一输入端连接，第八乘法运算器的输出端与加法运算器的第二输入端连接，校正参数c寄存器的输出端与加法运算器的第三输入端连接，加法运算器的输出端与第十乘法运算器的另一输入端连接，第十乘法运算器的输出端与校正运算结果H寄存器的输入端连接，校正运算结果H寄存器的输出端与选择器的第一输入端连接，第二常量寄存器与选择器的第二输入端连接，预设饱和亮度寄存器和第九乘法运算器的第一输入端连接，第一常量寄存器与第九乘法运算器的另一输入端连接，第九乘法运算器的输出端与饱和亮度阈值寄存器的输入端连接，饱和亮度阈值寄存器的输出端与比较器的另一输入端连接，比较器的输出端与选择器的第三输入端连接，选择器的输出计算输出校正系数，

其中，第一预设寄存器-第三预设寄存器均预设相同第一常量，第四预设寄存器-第六预设寄存器均预设相同第二常量，第一常量小于第二常量。

8.根据权利要求7所述的多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路，其特征在于，所述第六乘法运算器为三输入的乘法器，或为由两输入的两个乘法器连接构成。

9.根据权利要求1所述的多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路，其特征在于，还包括电源控制电路，电源控制电路用于将外部电源的电压降压为合适的电压，以输出至分别符合灰阶信号接收电路、灰阶信号处理电路和恒流驱动电路所需的工作电压。

10.根据权利要求9所述的多基色LED光源多像素消除亮度饱和电路，其特征在于，所述电源控制电路包括稳压二极管DD1和DD2，贴片电容EC1、EC2和EC7，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C25和C26，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8，电感L1、以及降压芯片IC1和稳压芯片U1，

稳压二极管DD1的正极与外部电源连接，稳压二极管DD1的负极与降压芯片IC1的电压输入引脚VIN连接，贴片电容EC1的正极与降压芯片IC1的电压输入引脚VIN连接，另一端接地，电容C1和C2并联接入贴片电容EC1的两端，电阻R1与电容C3串联连接形成第一串联支路，第一串联支路的两端并联接入贴片电容EC1的两端，电阻R1与电容C3之间的连接节点与电阻R2的一端连接并共同接入降压芯片的使能端EN，电阻R2的另一端接地，降压芯片IC1的接地端GND与贴片电容EC1的负极共同接地，引脚SS串联电容C4后与贴片电容EC1的负极共同接地，电阻R3、R7、电容C6和电阻R5依次串联连接并形成第二串联支路，第二串联支路的一端与降压芯片IC1的引脚FB连接，另一端与降压芯片IC1的引脚VO连接，电阻R4、R8和R6依次串联连接形成第三串联支路，第三串联支路并联在电阻R5的两端，电阻R6和电阻R8之间的连接节点与电阻R3和电阻R7之间的连接节点连接，电阻R4与R8之间的连接节点接地，贴片电容EC2、电容C7和电容C8并联连接形成第一并联电路，带贴片电容EC2正极的第一并联电路的一端通过电感L1与降压芯片IC1的引脚SW连接，以及与稳压芯片U1的输入端Vin连接，该第一并联电路的一端作为电压输出端VLED，另一端接地，电感L1与降压芯片IC1的引脚SW之间的连接节点还分别连接有稳压二极管DD2的负极和电容C5的一端，电容C5的另一端与降压芯片IC1的引脚BST连接，稳压二极管DD2的正极接地，稳压芯片U1的输入端Vin通过电容C25与稳压芯片U1的接地端GND共同接地，稳压芯片U1的输出端还分别与贴片电容EC7的正极和电容C26的一端连接，贴片电容EC7的负极和电容C26的另一端与稳压芯片U1的接地端GND共同接地。

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