CN205069081U - 亮度线性变化自行调节的led扫描阵列驱动芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种亮度线性变化自行调节的LED扫描阵列驱动芯片,由于LED扫描阵列驱动芯片增加了LED电流非线性自动控制电路,在现有的PWM寄存器调节LED电流占空比的同时,该LED电流非线性自动控制电路与电流非线性自动调节选择寄存器配合,调节LED的DC电流,实现LED平均电流的自动调节,同时不影响PWM调节平均电流的功能;不需要MCU不断地写驱动芯片内部寄存器,调节LED平均电流达到亮度线性变亮或变暗,还有,驱动芯片内部设计的LED电流非线性自动调节电路,使LED阵列中的每个LED单独可控制电流非线性变化,大大地节省了MCU写驱动芯片寄存器的时间资源。
Description
技术领域
本实用新型涉及LED产品领域技术,尤其是指一种亮度线性变化自行调节的LED扫描阵列驱动芯片。
背景技术
在家用电器为代表的消费类电子产品、工业控制、汽车电子、医疗器械等诸多领域的人机交互平台广泛应用着LED阵列。
有的应用,LED阵列的所有LED是一种颜色,LED用于显示文字、图像传达机器运行状态、调节应用参数等信息;有的LED阵列应用包含红、绿、兰3中LED,同时应用LED阵列驱动芯片调节这三种颜色LED的亮度,形成千变万化任意可调的颜色,这种应用LED阵列驱动的是RGBLED;还有些LED阵列应用中,同时包含RGBLED和普通LED。
在这些应用系统中,LED阵列通常作为LED阵列驱动芯片(以下简称驱动芯片)的负载点亮或熄灭。系统MCU通过串行通信协议(串行通信一般使用I2C、SPI通信等。)把LED阵列的控制信息写入驱动芯片中,驱动芯片再根据MCU发来到指令控制LED阵列的亮灭和电流大小状态。
如图1所示,LED阵列包含多个LED,每个LED需要控制的3个基本参数是电流值、点亮状态、熄灭状态。具体应用中常常需要控制LED的亮度线性变小,一直至熄灭或者由熄灭状态亮度线性变大,一直至一定亮度并保持这个亮度。人的眼睛看到的效果是LED由比较亮的状态慢慢变暗,最后熄灭或者由熄灭状态慢慢变亮。LED亮灭转换没有突兀的感觉,呈现一种柔和的亮度变化。
这种LED亮度的线性变化是通过不断的改变LED的电流大小来实现的。LED阵列通常是采用扫描的方式实现的,如经典驱动方式,驱动芯片N个IO口可以驱动(N/2)2个LED。交互连接方式可以驱动N(N-1)个LED。以4个IO口为例子,图2为LED阵列经典连接方式图,图3为LED阵列交互连接方式图。
以图3的LED阵列交互连接方式为例,1号~12号12个LED,每个LED的亮度都是不同的,同时要求每个LED都要线性调节亮度,以1、2号LED为例描述所需解决的问题。如图3所示,LED的亮度和通过LED的电流不是线性关系,所以LED亮度线性变化的时候,通过LED的电流是非线性变化的。如图3,T1和T8时间段1号和2号LED亮度和电流都是不同的,T2,T3和T6,T7时间段线性调节亮度,非线性调节电流。目前解决上述问题的方法是:MCU通过I2C、SPI等通信方式,不断的改写驱动芯片中的电流控制寄存器或PWM寄存器改变LED的电流,从而控制LED的亮度变化,这样会占用MCU写驱动芯片寄存器的很多的时间资源。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型针对现有技术存在之缺失,其主要目的是提供一种亮度线性变化自行调节的LED扫描阵列驱动芯片,不需要MCU不断地写驱动芯片内部寄存器,调节LED平均电流达到亮度线性变亮或变暗。驱动芯片内部设计的LED电流非线性自动调节电路,使LED阵列中的每个LED单独可控制电流非线性变化。大大地节省了MCU写驱动芯片寄存器的时间资源。
为实现上述目的,本实用新型采用如下之技术方案:
一种亮度线性变化自行调节的LED扫描阵列驱动芯片,包括
I2C串行通信端口:是由引脚SCL,SDA构成,I2C串行通信端口连接控制寄存器,可以读/写控制寄存器;
控制寄存器:包含
(1)亮灭控制寄存器:每个LED都设置有亮灭控制寄存器,控制相应位置LED的亮灭;
(2)PWM寄存器:每个LED都设置有PWM寄存器,控制相应位置LED的电流占空比;
(3)电流非线性自动调节选择寄存器:每个LED都设置有电流非线性自动调节选择寄存器,控制相应位置LED选择哪一组电流非线性自动调节;
(4)软件中断寄存器:I2C串行通信端口可取该软件中断寄存器查询哪一组电流非线性自动控制结束;
(5)同步时钟控制寄存器:控制其引脚的3种状态,a,高阻状态;b,输出状态:输出一定频率的方波信号,其它芯片输入该方波信号,使其它芯片的LED电流非线性自动控制与该芯片同步;c、输入状态:输入一个方波信号,用作该芯片驱动LED电流非线性自动控制的时钟信号;
同步时钟控制电路:连接该控制寄存器,控制同步时钟控制寄存器引脚的3种状态,输入状态、输出状态、高阻状态;
LED电流非线性自动控制电路:连接于同步时钟控制电路、控制寄存器,以多个阶梯LED电流非线性自动调节电流比例;在PWM寄存器调节LED电流占空比的同时,该LED电流非线性自动控制电路调节LED的DC电流,实现LED平均电流的自动调节,同时不影响PWM调节平均电流的功能;
LED扫描时序电路、电流源电路、开漏输出电路:该电流源电路连接该LED电流非线性自动控制电路,LED扫描时序电路连接于LED电流非线性自动控制电路,该开漏输出电路连接于该LED扫描时序控制电路。
作为一种优选方案,所述开漏输出电路的输出引脚为开漏输出,芯片外部接一个上拉电阻,当任何一组LED电流非线性自动控制电路控制结束时,该输出引脚拉底,输出低电平。
作为一种优选方案,控制寄存器进一步包括状态查询寄存器,MCU读取该状态查询寄存器,可查询任何一组LED电流非线性自动控制的当前电流状态。
本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果,具体而言,由上述技术方案可知,由于LED扫描阵列驱动芯片增加了LED电流非线性自动控制电路,在现有的PWM寄存器调节LED电流占空比的同时,该LED电流非线性自动控制电路配合电流非线性自动调节选择寄存器调节LED的DC电流,实现LED平均电流的自动调节,同时不影响PWM调节平均电流的功能;不需要MCU不断地写驱动芯片内部寄存器,调节LED平均电流达到亮度线性变亮或变暗,此外,驱动芯片内部设计的LED电流非线性自动调节电路,使LED阵列中的每个LED单独可控制电流非线性变化,大大地节省了MCU写驱动芯片寄存器的时间资源。
为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效,下面结合附图与具体实施例来对本实用新型进行详细说明。
附图说明
图1是传统LED阵列应用系统图;
图2是LED阵列经典连接方式图;
图3是LED阵列交互连接方式图;
图4是LED亮度变化和电流变化示意图;
图5是本实用新型之实施例的LED阵列经典连接方式的扫描时序图;
图6是本实用新型之实施例的系统结构图;
图7是本实用新型之实施例的LED电流非线性自动调节电流比例示意图。
附图标识说明:
10、I2C串行通信端口20、控制寄存器
30、同步时钟控制电路40、电流非线性自动控制电路
50、LED扫描时序控制电路60、电流源电路
70、开漏输出电路。
具体实施方式
请参照图4至图7所示,其显示出了本实用新型之较佳实施例的具体结构,是一种亮度线性变化自行调节的LED扫描阵列驱动芯片,能够调节T1,T8时间段每个LED亮度不同,每个LED可以单独控制起亮度线性变暗或变亮,且大大地节省了MCU写驱动芯片寄存器的时间资源。
本实用新型描述的是LED阵列驱动芯片,驱动芯片通过扫描的方式驱动LED阵列。该阵列驱动芯片的系统包含如下技术:
PWM控制:驱动芯片中为每颗LED设置PWM寄存器,可单独控制每个LED电流的占空比,PWM寄存器控制LED的平均电流。
DC电流控制:该驱动芯片中设置有若干组LED电流非线性自动控制电路40,MCU可通过I2C等通信方式设置每一组电流非线性自动控制电路40的相关参数。同时,可以设置每个LED的DC电流与任何一组LED电流非线性控制电路所控制的电流同步,或者设置DC电流值为不变的常量。每组LED电流非线性自动控制电路40的相关参数包括:逐渐变亮的时间T1;最亮时间T2;逐渐变暗时间T3;完全暗时间T4;开始时间T_START;结束时间T_END;循环次数N;
硬件中断输出:该驱动芯片设置有一个硬件中断输出引脚INTB,INTB引脚为开漏输出,芯片外部接一个上拉电阻。其作用是,当任何一组LED电流非线性自动控制电路40控制结束时,INTB引脚拉底,输出低电平。
软件中断寄存器:每一组LED电流非线性自动控制电路40都具有一个软件中断寄存器R_INTx,当该组LED电流非线性自动控制结束时,R_INTx变为1,MCU通过串行通信协议读取中断寄存器,可以知道是哪一组LED电流非线性自动控制结束,读之后中断寄存器的内容自动清零。
同步功能:该驱动芯片设置有一个同步时钟信号输入输出引脚SYN,同步时钟信号的频率为32.768Khz。该信号用于使不同颗驱动芯片的LED电流非线性自动控制时序同步。驱动芯片内部设有2位同步时钟控制寄存器SYNC,SYNC=00或11,SYN引脚为高阻状态;SYNC=01,SYN输出32.768Khz方波信号,其它芯片输入该方波信号,使其它芯片的LED电流非线性自动控制与该芯片同步;SYNC=10,SYN输入一个方波信号,用作该芯片驱动LED电流非线性自动控制的时钟信号。
状态查询寄存器:该驱动芯片中设置有状态查询寄存器,MCU读取该寄存器,可查询任何一组LED电流非线性自动控制的当前电流状态。
本实用新型的工作原理以图2所示的LED阵列经典连接方式为例加以说明。图5是LED阵列经典连接方式的扫描时序,IO1,IO2输出电流的DC1=DC2=DC3=DC4,改变Ta的时间长短,可改变LED1电流的占空比,进而改变LED1的平均电流。同理改变Tb、Tc、Td时间长短可以调节LED2、LED3、LED4的平均电流。在此基础上,还增加了对DC1,DC2,DC3,DC4的控制,如图6增加了LED电流非线性自动控制电路40。在调节LED电流占空比的同时,调节LED的DC电流,实现LED平均电流的自动调节,同时不影响PWM调节平均电流的功能。
图6是与图2的电路相对应的LED扫描阵列驱动芯片系统结构图,包括以下结构:I2C串行通信端口10、控制寄存器20、同步时钟控制电路30、电流非线性自动控制电路40、LED扫描时序控制电路50、IO1,IO2电流源电路60、IO3,IO4开漏输出电路70。该I2C串行通信端口10、同步时钟控制电路30和电流非线性自动控制电路40相接控制寄存器20,该同步时钟控制电路30、LED扫描时序控制电路50、电流源电路60相接于电流非线性自动控制电路40,该开漏输出电路70相接于LED扫描时序控制电路50。
具体而言,SCL,SDA构成的I2C通信端口,I2C可以读/写控制寄存器20。
控制寄存器20包含:
(1)LED1-4的亮灭控制寄存器ON/OFF1-4,每个LED都设置有亮灭控制寄存器,控制相应位置LED的亮灭,例如ON/OFF3=0,则无论LED3的占空比寄存器PWM3等于多少,LED3的状态为灭,电流为0;
(2)PWM寄存器PWM1-4:每个LED都设置有PWM寄存器,控制相应位置LED的占空比,PWM1-4控制LED1-4的电流占空比;
(3)电流非线性自动调节选择寄存器AU1-4:每个LED都设置有电流非线性自动调节选择寄存器,控制相应位置LED选择哪一组电流非线性自动调节。
例如,LED2对应的电流非线性自动调节选择寄存器是AU2,设置3bit,若AU2=001,LED2选择第1组电流非线性自动控制电路40,第1组包含T1_1,T2_1,T3_1,T4_2,T_START_1,T_END_1,N_1七个控制寄存器。若AU1=011,LED1选择第3组电流非线性自动控制电路,第3组包含T1_3,T2_3,T3_3,T4_3,T_START_3,T_END_3,N_3控制寄存器。AU1-4也可以都设置为同一数值如100,4个LED的DC电流都由第4组电流非线性自动控制电路调节。AUX若设置为非001,010,011,100之外的数值则LEDX的DC电流为一个常数值保持不变;4LED电流非线性自动控制电路的相关参数T1_1-4,T2_1-4,T3_1-4,T4_1-4,T_START_1-4,T_END_1-4,N_1-4。每一组LED电流非线性自动控制电路的都包含7个参数。
(4)软件中断寄存器,R_INT1,R_INT2,R_INT3,R_INT4。I2C可取此寄存器可查询哪一组电流非线性自动控制结束。
(5)同步时钟控制寄存器SYNC,SYNC=00或11,SYN引脚为高阻状态;SYNC=01,SYN输出32.768Khz方波信号,其它芯片输入该方波信号,使其它芯片的LED电流非线性自动控制与该芯片同步;SYNC=10,SYN输入一个方波信号,用作该芯片驱动LED电流非线性自动控制的时钟信号。
同步时钟控制电路30:控制同步时钟控制寄存器引脚SYNC的3种状态,输入状态、输出状态、高阻状态。
4组LED电流非线性自动控制电路40:如表1所示,32个阶梯LED电流非线性自动调节电流比例。图7为LED电流非线性自动调节电流比例图,横坐标是是时间量或阶梯数,纵坐标是对应时间LED的DC电流值。
C(0)表示第0个阶梯LEDDC电流为0,C(1)表示第1个阶梯LEDDC电流为1,C(x)表示第x个阶梯对应的LEDDC电流值如表1所示。
C(0) | C(1) | C(2) | C(3) | C(4) | C(5) | C(6) | C(7) |
0 | 1 | 2 | 4 | 6 | 10 | 13 | 18 |
C(8) | C(9) | C(10) | C(11) | C(12) | C(13) | C(14) | C(15) |
22 | 28 | 33 | 39 | 46 | 53 | 61 | 69 |
C(16) | C(17) | C(18) | C(19) | C(20) | C(21) | C(22) | C(23) |
78 | 86 | 96 | 106 | 116 | 126 | 138 | 149 |
C(24) | C(25) | C(26) | C(27) | C(28) | C(29) | C(30) | C(31) |
161 | 173 | 186 | 199 | 212 | 226 | 240 | 255 |
表132个阶梯LED电流非线性自动调节电流比例
LED扫描时序电路,电流源电路60,开漏输出电路70:此三种电路都是业界现有技术一般电路,在此不再详细描述。
本实用新型的控制原理如下:MCU通过I2C串行通信端口10读/写控制寄存器20,控制寄存器20为每个LED都配置有亮灭控制寄存器、PWM寄存器、电流非线性自动调节选择寄存器、软件中断寄存器、同步时钟控制寄存器,由亮灭控制寄存器控制相应位置LED的亮灭,由PWM寄存器控制相应位置LED的占空比,电流非线性自动调节选择寄存器由LED电流非线性自动控制电路40进行控制,以控制相应位置LED选择哪一组电流非线性自动调节,在PWM寄存器调节LED电流占空比的同时,该LED电流非线性自动控制电路40与电流非线性自动调节选择寄存器配合,调节LED的DC电流,实现LED平均电流的自动调节,同时不影响PWM调节平均电流的功能;由I2C串行通信端口读取软件中断寄存器查询哪一组电流非线性自动控制结束,同步时钟控制寄存器由同步时钟控制电路50控制,芯片发出输入、输出、高阻三种状态,当处于输出状态时,同步时钟控制寄存器的引脚输出方波信号,其它芯片输入该方波信号,使其它芯片的LED电流非线性自动控制与该芯片同步,当处于输出状态时,同步时钟控制寄存器的引脚输入一个方波信号,用作该芯片驱动LED电流非线性自动控制的时钟信号。
综上所述,本实用新型的设计重点在于,由于亮度线性变化自行调节的LED扫描阵列驱动芯片增加了LED电流非线性自动控制电路40。在调节LED电流占空比的同时,调节LED的DC电流,实现LED平均电流的自动调节,同时不影响PWM调节平均电流的功能。不需要MCU不断地写驱动芯片内部寄存器,调节LED平均电流达到亮度线性变亮或变暗。驱动芯片内部设计的LED电流非线性自动调节电路,使LED阵列中的每个LED单独可控制电流非线性变化。大大地节省了MCU写驱动芯片寄存器的时间资源。
以上所述,仅是本实用新型的较佳实施例而已,并非对本实用新型的技术范围作任何限制,故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰,均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种亮度线性变化自行调节的LED扫描阵列驱动芯片,其特征在于:包括
I2C串行通信端口:是由引脚SCL,SDA构成,I2C串行通信端口连接控制寄存器,可以读/写控制寄存器;
控制寄存器:包含(1)亮灭控制寄存器:每个LED都设置有亮灭控制寄存器,控制相应位置LED的亮灭;(2)PWM寄存器:每个LED都设置有PWM寄存器,控制相应位置LED的电流占空比;(3)电流非线性自动调节选择寄存器:每个LED都设置有电流非线性自动调节选择寄存器,控制相应位置LED选择哪一组电流非线性自动调节;(4)软件中断寄存器:I2C串行通信端口可取该软件中断寄存器查询哪一组电流非线性自动控制结束;(5)同步时钟控制寄存器:控制其引脚的3种状态,a,高阻状态;b,输出状态:输出一定频率的方波信号,其它芯片输入该方波信号,使其它芯片的LED电流非线性自动控制与该芯片同步;c、输入状态:输入一个方波信号,用作该芯片驱动LED电流非线性自动控制的时钟信号;
同步时钟控制电路:连接该控制寄存器,控制同步时钟控制寄存器引脚的3种状态,输入状态、输出状态、高阻状态;
LED电流非线性自动控制电路:连接于同步时钟控制电路、控制寄存器,以多个阶梯LED电流非线性自动调节电流比例;在PWM寄存器调节LED电流占空比的同时,该LED电流非线性自动控制电路调节LED的DC电流,实现LED平均电流的自动调节,同时不影响PWM调节平均电流的功能;
LED扫描时序电路、电流源电路、开漏输出电路:该电流源电路、LED扫描时序电路连接于LED电流非线性自动控制电路,该开漏输出电路连接于该LED扫描时序控制电路。
2.根据权利要求1所述的亮度线性变化自行调节的LED扫描阵列驱动芯片,其特征在于:所述开漏输出电路的输出引脚为开漏输出,芯片外部接一个上拉电阻,当任何一组LED电流非线性自动控制电路控制结束时,该输出引脚拉底,输出低电平。
3.根据权利要求1所述的亮度线性变化自行调节的LED扫描阵列驱动芯片,其特征在于:控制寄存器进一步包括状态查询寄存器,MCU读取该状态查询寄存器,可查询任何一组LED电流非线性自动控制的当前电流状态。
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