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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ansteuerung einer Leuchtdioden-Einrichtung
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein zugeordnetes Verfahren
zur Ansteuerung der Einrichtung.
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In
der modernen Beleuchtungstechnik ist es heute üblicherweise nicht ausreichend,
das Leuchtmittel nur ein- und auszuschalten. In der Regel wird erwartet,
dass die Helligkeit des Leuchtmittels mit möglichst genauer Auflösung verändert werden kann.
Diese Funktionalität
wird mit sogenannten Vorschaltgeräten bereitgestellt, über die
das Leuchtmittel mit Energie versorgt wird. Die vorliegende Erfindung
betrifft insofern einen Teil eines solchen Vorschaltgeräts bzw.
ein solches Vorschaltgerät.
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In
den letzten Jahren hat sich in der Beleuchtungstechnik die LED-Technik
aufgrund des hohen Wirkungsgrades und der großen Lebensdauer des Leuchtmittels
immer mehr durchgesetzt. Auf der Versorgungsseite wird in der LED-Technik
mit stetig veränderlichen,
in der Regel analogen Stromwerten gearbeitet oder mit digitalen
Signalen, die abhängig
von der Dauer der Ein- und Aus-Phasen verschiedene Helligkeitswerte
erzeugen. Zur Einstellung der Zeitintervalle für die Hell- bzw. Dunkelphasen
werden Microcontroller eingesetzt. Dabei wird der Umstand ausgenutzt,
dass das menschliche Auge träge
ist und bei höheren
Schaltfrequenzen ab ca. 100 Hz keine Schaltvorgänge mehr erkennt. Das Auge
integriert, d.h. mittelt die Leuchtfläche in den Ein- und Auszeiten
und empfindet bei einer größeren Fläche das Licht
als heller und bei einer kleineren Fläche als dunkler. Je nach Codierung,
Auflösung
und Frequenz kann es notwendig sein, elektrische Impulse mit sehr kleinen
Zeitintervallen zwischen den Signalwechseln zu erzeugen, die fortwährend über die
Ausgangsports auf die LEDs geführt
werden. Obwohl eine solche Signalausgabe an sich keinen hohen Rechenaufwand
erfordert, kann sie dennoch zu einer starken Auslastung des Prozessors
des Microcontrollers führen,
weil die Ausgangsports permanent bedient werden müssen und
insofern stets Prozessorleistung benötigt wird. Wird in einem solchen
Fall vom Microcontroller auch noch ein weiteres Programm ausgeführt, kommt
es durch die kurzen Zeitintervalle zwischen den Signalwechseln häufig zu
Unterbrechungen des Hauptprogramms, was letztlich dazu führen kann, dass
der Prozessor andere wichtige Programmteile nicht richtig ausführen kann,
da dieser mit der Bedienung der Ausgangsports beschäftigt ist.
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In
dem Internetartikel „An
overview of the electronic drive techniques for intensity control
and colour mixing of low voltage light sources such as LEDs and
LEPs" von Howell,
W.D., Artistic Licence Ltd., London, 2002 sowie in der amerikanischen
Offenlegungsschrift US 2005/0232132 A1 werden verschiedene PWM-Modulationstechniken
für LED-Ansteuerungen
beschrieben, wobei Helligkeitswerte bei der "Bit angle modulation", bei der „bit voltage modulation" bzw. bei der „pulse
code modulation" digital gespeichert
und die einzelnen Bit seriell mit gleichen oder unterschiedlich
langen Zeitintervallen an einem Port einer Steuereinrichtung ausgegeben
werden. In den deutschen Offenlegungsschriften
DE 198 48 925 A1 und
DE 103 49 553 A1 werden
steuerbare Stromregelungseinrichtungen in Verbindung mit PWM- Ansteuerschaltungen
für LEDs
beschrieben. Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 101 14 124 A1 sowie die
Gebrauchsmusterschrift
DE
20 2004 006 292 U1 betreffen LED-Module mit LED-spezifischen
Speichereinrichtungen, welche mit einer LED-Ansteuereinrichtung
datenverbunden sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Ansteuerung
einer Leuchtdioden-Einrichtung bereitzustellen, bei welcher die
Bedienung der Ausgangsports so ausgelegt ist, dass sie den Prozessor
möglichst
wenig belastet und gleichzeitig eine flexible Abfolge von Bitmustern
ausgegeben werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Ansteuerung einer Leuchtdioden-Einrichtung
mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein entsprechendes Verfahren
mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst.
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Vorrichtungsseitig
umfasst die erfindungsgemäße Anordnung
eine Steuereinrichtung, die beispielsweise in Form eines Microcontrollers
ausgebildet sein kann, welche zumindest einen Aus gangsport aufweist,
eine steuerbare Versorgungseinrichtung, die ansteuerseitig mit dem
zumindest einen Ausgangsport der Steuereinrichtung verbunden ist,
wobei die Versorgungseinrichtung ausgangsseitig mit der Leuchtdiodeneinrichtung
verbindbar ist. Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich
dadurch aus, dass ein Speicherbereich vorgesehen ist, welcher zwei
Lookup-Tabellen
aufweist, wobei die erste Lookup-Tabelle eine Mehrzahl von Zeitintervallen
zur Festlegung der Zeitintervalle zwischen zwei Signalwechseln am
Ausgangsport der Steuereinrichtung umfasst und die zweite Lookup-Tabelle
eine Mehrzahl von digitalen, jeweils wenigstens ein Bit aufweisende
Signalpegeln zur Ausgabe an den Ausgangsport der Steuereinrichtung
umfasst und dass ein Mittel vorgesehen ist zum Festlegen der sequentiellen Ausgabe
der Mehrzahl von digitalen Signalpegeln aus der zweiten Lookup-Tabelle
an dem Ausgangsport der Steuereinrichtung jeweils während eines, dem
jeweiligen digitalen Signalpegel zugeordneten Zeitintervalls, das
in der ersten Lookup-Tabelle angegeben ist.
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Dadurch,
dass sowohl die Signalpegel als auch die Zeiten zwischen zwei Signalwechseln
in Tabellen hinterlegt sind, wird erreicht, dass der zumindest eine
Ausgangsport zur Steuerung der Versorgungseinrichtung der Leuchtdiodeneinrichtung
unabhängig
von dem Prozessor der Steuereinrichtung bedient werden kann, sodass
letzterer bei der Ansteuerung der Leuchtdiodeneinrichtung weniger
ausgelastet ist. Dabei können
zwei Lookup-Tabellen
verwendet werden, wobei in der ersten Tabelle die Zeiten zwischen
zwei Signalwechseln hinterlegt werden und in der zweiten Tabelle
die Signalpegel gespeichert werden, welche zu den entsprechenden
Zeiten am Ausgangsport anliegen. Durch die Variation der Parameter
(Länge,
Breite) und des Inhalts der Lookup-Tabellen lassen sich nahezu alle
Bitmuster und Codes realisieren. Dies ermöglicht eine mit herkömmlichen Anordnungen
bislang nicht erreichbare Flexibilität bei der Ansteuerung von LEDs.
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Erfindungsgemäß umfasst
das Mittel zum Festlegen von Signalpegeln aus der zweiten Lookup-Tabelle
während
eines zugeordneten Zeitintervalls, das in der ersten Lookup-Tabelle
angegeben ist, eine Zeitgebereinrichtung (Timer) sowie zwei DMA-Einrichtungen
zum direkten Speicherzugriff. Durch diese Gestaltungsmaßnahme wird
erreicht, dass die Ausgabe der Signalpegel am Ausgangsport im Wesentlichen
unabhängig
von der Prozessorleistung des Microcontrollers durchgeführt werden
kann und insofern die Prozessorleistung in vollem Umfang anderweitig
zur Verfügung
steht. Dabei ist vorgesehen, dass die erste DMA-Einrichtung auf
die erste Lookup-Tabelle zugreift und die zweite DMA-Einrichtung
auf die zweite Lookup-Tabelle, wobei die erste DMA-Einrichtung in
ein Reload-Register der Zeitgebereinrichtung und die zweite DMA-Einrichtung
in ein Portregister des Ausgangsports der Steuereinrichtung schreibt.
Da eine solche DMA-Einrichtung sehr schnell arbeitet, können sehr
kleine Zeiten zwischen den Signalwechseln am Ausgangsport realisiert
werden. Es wird ermöglicht,
die unterschiedlichsten Bitmuster am Ausgangsport auszugeben mit
einer äußerst geringen
Belastung des Prozessors.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Zweckmäßigerweise
wird sowohl die erste als auch die zweite DMA-Einrichtung durch
einen Über-
und/oder Unterlauf der Zeitgebereinrichtung gesteuert. Insofern
ist nur eine einzelne Zeitgebereinrichtung notwendig, um den gesamten
Zeitablauf der Signalpegelwechsel am Ausgangsport der Steuereinrichtung
zu steuern.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Steuereinrichtung einen Prozes sor (CPU), wobei zumindest
eine der beiden DMA-Einrichtungen zur Auslösung eines Interrupts ausgebildet
ist, worauf der Prozessor die Zeitgebereinrichtung erneut startet.
Hierdurch wird erreicht, dass der Prozess des Auslesens der Lookup-Tabellen zur Steuerung
der Ausgabe am Ausgangsport der Steuereinrichtung fortwährend und zyklisch
durchgeführt
werden kann, bis der gesamte Prozess gestoppt wird.
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Es
kann zweckmäßig sein,
bei der erfindungsgemäßen Anordnung
einen Eingangsport bereitzustellen, insbesondere einen seriellen
Eingangsport, über
den vom Anwender die beiden Lookup-Tabellen in die Anordnung vor dem Betrieb
vorladbar sind, sodass der Nutzer die Ansteuerung der LED-Einrichtung
mit freiwählbaren
digitalen Bitmustern durchführen
kann.
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Darüber kann
es auch zweckmäßig sein,
an der erfindungsgemäßen Anordnung
einen Eingangsport vorzusehen, über
welchen vom Anwender Daten zur Einstellung der Anordnung, insbesondere
zur Kompensation von in der Leuchtdioden-Einrichtung auftretenden
Farb- oder Helligkeitsverschiebungen vorladbar sind. Insofern können beispielsweise
Arbeitspunktverschiebungen der LED-Einrichtung aufgrund Temperatureinflüsse, oder
auch eine Alterung der LED kompensiert werden. Darüber hinaus
ermöglicht
die Erfindung die schon beschriebene kundenfreundliche Parametrierung
der freiwählbaren
digitalen Bitmuster und der Kompensationsfunktionen.
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Zweckmäßigerweise
weist die Versorgungseinrichtung der LED-Einrichtung eine steuerbare Stromregelungseinrichtung
auf, die steuerseitig mit dem Ausgangsport der Steuereinrichtung
verbunden ist. Dieser Ausgangsport kann insbesondere digital ausgebildet
sein, über
welchen die Steuereinrichtung die entsprechenden Steuersignale digital
an die Stromregelungseinrichtung übermittelt. Darüber hinaus
kann die Kommunikation zwischen der Steuereinrichtung und der Stromregelungseinrichtung
auch analog erfolgen. In diesem Fall ist der Ausgangsport der Steuereinrichtung
analog ausgebildet und die Stromregelungseinrichtung entsprechend
angepasst.
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In
einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform
kann auch vorgesehen sein, dass sowohl eine digitale als auch eine
analoge Steuerverbindung zwischen der Steuereinrichtung und der
Stromregelungseinrichtung vorgesehen ist. Dabei kann beispielsweise auf
digitaler Ebene eine Stromein- bzw. Stromausschaltung des durch
die LED-Einrichtung fließenden
Versorgungsstroms gesteuert werden und analogseitig andere Parameter
eingestellt werden, beispielsweise die Höhe des Versorgungsstrom (Vorwärtsstroms),
der dann über
die andere Steuerleitung digital ein- bzw. ausgeschaltet werden kann. Mit dieser
Gestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung
kann beispielsweise für
verschiedene LED-Typen die jeweiligen Vorwärtsströme eingestellt werden. Darüber hinaus
wird eine feinere Auflösung
der Helligkeit bzw. der Farbe ermöglicht, da zusätzlich zu der
Ansteuerung über
die Ein- und Auszeiten die Helligkeit über die Höhe des Vorwärtsstrom eingestellt werden
kann.
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Darüber hinaus
kann es zweckmäßig sein, wenn
die LED-Einrichtung
eine Speichereinrichtung umfasst, in welcher LED-spezifische Informationen abgelegt sind,
insbesondere Informationen zur Identifikation der LED-Einrichtung
und/oder Parameter zur elektrischen Ansteuerung der LED-Einrichtung, wobei
die Speichereinrichtung mit der Steuereinrichtung datenverbunden
ist. Auf diese Weise kann die Steuereinrichtung erfassen, welche
LED-Einrichtung angeschlossen ist, und darauf angepasst, den Versorgungsstrom
der LED-Einrichtung einstellen.
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Vorrichtungsseitig
betrifft die Erfindung auch ein Vorschaltgerät für eine Leuchtdioden-Einrichtung, welche
eine erfindungsgemäße Anordnung
zur Ansteuerung der Leuchtdiodeneinrichtung umfasst.
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Die
obige Aufgabe wird verfahrensseitig gelöst durch ein Verfahren zur
Ansteuerung einer Leuchtdioden-Einrichtung, wobei eine Versorgungseinrichtung
der Leuchtdioden-Einrichtung mittels Steuersignalen an einem Ausgangsport
einer Steuereinrichtung gesteuert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mehrzahl von digitalen Signalpegeln
zur Ausgabe an dem Ausgangsport der Steuereinrichtung und eine Mehrzahl
von Zeitintervallen zur Festlegung der Zeiten zwischen zwei Signalpegelwechsel
in einem Speicherbereich gespeichert werden, wobei im Speicherbereich
abgelegte Signalpegel nacheinander in ein Eingangsregister des Ausgangsports
eingelesen werden und nach einem, dem jeweiligen digitalen Signalpegel
zugeordneten, im Speicherbereich abgelegten Zeitintervall die am
Ausgangsport ausgegebenen Signalpegel gewechselt werden und wobei
mittels einer ersten DMA-Einrichtung die Mehrzahl von digitalen
Signalpegeln aus dem Speicherbereich ausgelesen und in das Eingangsregister
des Ausgangsports der Steuereinrichtung eingeschrieben werden und
wobei mittels einer zweiten DMA-Einrichtung
die Mehrzahl von Zeitintervallen aus dem Speicherbereich ausgelesen
und in eine Zeitgebereinrichtung eingeschrieben werden.
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Es
kann zweckmäßig sein,
eine Temperatur der LED-Einrichtung im Betrieb zu erfassen und im Ansprechen
auf ermittelte Temperaturmesswerte und unter Nutzung zumindest eines
abgespeicherten Korrekturwerts wenigstens ein Betriebsparameter der
LED-Einrichtung,
wie die Höhe
eines Vorwärtsstroms
einzustellen. Hierdurch können
Temperatureinflüsse
auf die Lichterzeugung automatisch kompensiert werden. Dabei kann
es vorteilhaft sein, wenn der zumindest eine abzuspeichernde Korrekturwert über eine
digitale Schnittstelle in die Steuereinrichtung eingelesen wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einer Ausführungsform
und weiterer erfindungsgemäßer Merkmale
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei
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1 ein
Blockschaltbild eines Vorschaltgeräts zur Ansteuerung einer Vierkanal-LED-Einrichtung,
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2 beispielhafte
Bitfolgen zur Ansteuerung der in 1 gezeigten
LED-Einrichtung,
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3 zwei
beispielhafte Lookup-Tabellen zur Ansteuerung der LED-Einrichtung
unter Verwendung der in 2 angegebenen Bitfolgen,
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4 die
sich aus den in 3 dargestellten Lookup-Tabellen ergebenden
Ports-Ausgaben des in 1 dargestellten Microcontrollers,
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5 die
Arbeitsweise zweier DMAs (Direct Access Memory) zur Ansteuerung
der Portausgaben des Microcontrollers,
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6 die
Belastung der Peripherie und der CPU des Microcontrollers in der
erfindungsgemäß gestalteten
Anordnung zur Ansteuerung der LED-Einrichtung und
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7 die
Einstellmöglichkeiten
der erfindungsgemäßen LED-Ansteuerung
zeigt.
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Ein
erfindungsgemäß ausgebildetes
Vorschaltgerät 10 zur
Ansteuerung einer Vierkanal-Leuchtdioden-Einrichtung 20 ist
in 1 dargestellt. Es umfasst ein eingangsseitig an
das Netz angeschlossenes Schaltnetzteil 30, das über eine Spannungsreglereinrichtung 40 einen
Microcontroller 50 versorgt. Darüber hinaus ist das Schaltnetzteil
an die LED-Einrichtung angeschlossen, wobei jeder Kanal eine Stromsteuereinrichtung 60, 61, 62 bzw. 63 umfasst.
Der Microcontroller 50 weist in dem angegebenen Beispiel
einen Vierbit-Ausgangsport 51 auf, und als weitere für die nachfolgende
Beschreibung wesentliche Bestandteile eine nicht dargestellte CPU,
einen Timer sowie zwei DMA-Steuereinrichtungen,
die über
das bekannte DMA-Speicherzugriffsprinzip auf einen vorgegebenen
Speicher des Microcontrollers zugreifen.
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Über den
Ausgangsport 51 steuert der Microcontroller 50 die
Stromregelungseinrichtung 60 bis 63. Wie im Blockschaltbild
angegeben, ist dabei ein vorgegebenes I/O-Bit des Ports 51 einer
der Stromregelungseinrichtungen 60 bis 63 zugeordnet.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist es auch möglich, dass
jeweils mehrere Bits des Ausgangsports 51 jeweils einen
der Stromregelungseinrichtungen zugeordnet ist. In dem in 4 angegebenen Beispiel
schaltet das dem jeweiligen Kanal zugeordnete Bit des Ausgangsport 51 die
dem Kanal zugeordnete LED 21 bis 24 an bzw. aus.
Je nach Zeitdauer des Einschaltens der jeweiligen LED ist deren
für einen
Betrachter wahrnehmbare Helligkeit einstellbar.
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Der
Microcontroller 50 ist darüber hinaus über den digitalen Port 53 mit
Speicherbereichen A, B, C und D in den jeweiligen LED-Einrichtungen 21–24 verbunden.
Diese Speicherbereiche, jeweils vorliegend in Form eines EEEPROMs,
umfassen Informationen, mit welchen die LEDs durch den Microcontroller 50 identifiziert
werden können.
Insofern ist dem Mikroprozessor bekannt, welche genaue Variante
von LED-Typ angeschlossen ist, sodass die gewünschte Ansteuerung entsprechenden
den technischen Daten der LED-Einrichtung vorgenommen werden kann.
Hierzu weist der Microcontroller 50 einen Speicherbereich
auf, in welchem den einzelnen LED-Typen die jeweiligen Betriebsparameter
zugeordnet sind, die entsprechend den über den Eingangsport 53 erfassten
Informationen eingestellt werden.
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In
einer anderen Ausführungsform
kann auch vorgesehen sein, dass in den Speicherbereichen A, B, C
und D diese Parameter wie der Nennstrom direkt abgelegt sind, sodass
diese Daten von dem Microcontroller 50 zur Ansteuerung
der Stromsteuereinrichtungen 60, 61, 62 bzw. 63 verwendet werden
können.
Die Daten aus den LED-Modulen werden über die serielle Schnittstelle 53 eingelesen.
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In
der in 1 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten
Vorschaltgeräts 10 weist
der Microcontroller 50 eine analoge Schnittstelle 54 auf, über welche
der Microcontroller 50 mit jeder der Stromsteuereinrichtungen 60, 61, 62, 63 steuerseitig
auch verbunden ist. Vorliegend wird über diese analogen Steuerleitungen
die Höhe
der jeweiligen Vorwärtsströme für die einzelnen
LEDs 21–24 eingestellt.
Auf diese Weise kann beispielsweise auch die Höhe des Vorwärtsstroms vom Microcontroller
für eine
oder alle LEDs auf Null gesetzt werden, wenn z.B. mittels einer
Temperaturmessung er fasst wurde, dass ein Fehlerfall vorliegt.
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In
einer nicht dargestellten Ausführungsform kann
der Ausgangsport 54 zur Ausgabe der Höhe des Vorwärtsstroms auch digital ausgebildet
sein, entsprechendes gilt dann für
die jeweiligen Eingangsports an den Stromsteuereinrichtungen 60–63.
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Für die Realisierung
der Betriebsweise der erfindungsgemäßen Anordnung sind in der angegebenen
Ausführungsform
zwei Lookup-Tabellen
angelegt. Die erste Lookup-Tabelle enthält die Helligkeitswerte, die
seriell an die LEDs bzw. die Stromregelungen 60 bis 63 der
einzelnen LEDs gelegt werden, siehe 2. Jeder
Kanal entspricht dabei dem zugeordneten Bit oder Pin des Ausgangsports 51.
Die in 2 beispielhaft gekennzeichnete Bitfolge entspricht
der Ausgabe an Pin 4 (Kanal 4) des Ports 51. Die zweite
Lookup-Tabelle enthält
die Zeiten zwischen den Signalwechseln, die in ein Reload-Register
des Timers geschrieben werden, damit die einzelnen Bits aus der
ersten Lookup-Tabelle für
die richtige Dauer an den jeweiligen LEDs anliegen. Beide Lookup-Tabellen
zeigt 3, wobei die zweite Spalte L1 der ersten Lookup-Tabelle
und die zweite Spalte L2 der zweiten Lookup-Tabelle entspricht.
Auch in 3 sind die Signalwerte für den Kanal
4 gekennzeichnet.
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Wird
die in 3 dargestellte Lookup-Tabelle L2 mit den in der
Lookup-Tabelle L1 angegebenen Zeitintervallen in das Ausgaberegister 51 eingeschrieben,
ergibt sich die in 4 angegebene Bitfolge für Pin 1
bis 4 des Ausgaberegisters, mit welchen jeweils eine Stromregelungseinrichtung 60..63 angesteuert
wird. Wie oben stehend schon angegeben, werden für die Realisierung der Ausgabe
der Bitfolge in dem angegebenen Beispiel zwei DMAs, ein Zeitgeber
(Timer) und der vierbitige Ausgangsport 51 benötigt. Dabei
weist die erste DMA-Einrichtung die Aufgabe auf, die Zeiten zwischen
den Signalwechseln, die in der Lookup-Tabelle L1 hinterlegt sind, in das Reload-Register
des Zeitgebers zu schreiben. Die erste DMA-Einrichtung wird vom
Zeitgeber gesteuert, d.h. die erste DMA-Einrichtung schreibt den
Wert für das
nächste
Zeitintervall aus der Lookup-Tabelle ins Reload-Register des Timers, wenn dieser über- bzw. unterläuft. Darüber hinaus
ist die erste DMA-Einrichtung so konfiguriert, dass sie einen Interrupt
auslöst, sobald
die Lookup-Tabelle L1 abgearbeitet ist, sodass die Übertragung
wieder von vorne beginnen kann. Hierzu startet der vom Zeitgeber
aufgerufene Prozessor den Zeitgeber von neuem, sodass die Übertragung
der Lookup-Tabellenwerte
von vorne beginnen kann.
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Die
Aufgabe der zweiten DMA-Einrichtung besteht darin, den zu den jeweiligen
Zeiten zwischen den Signalwechseln gehörenden Pegel aus der Lookup-Tabelle
L2 in das Portregister des Ausgangsports 51 zu schreiben.
Auch die zweite DMA-Einrichtung wird vom Timer gesteuert, d.h. die
zweite DMA-Einrichtung schreibt den nächsten Wert aus der Lookup-Tabelle 2 ins
Portregister, wenn der Timer über-
bzw. unterläuft.
Dabei wird der Zeitgeber im Timermode betrieben, wobei durch die
erste DMA-Einrichtung
die verschiedenen Werte für
die Zeitintervalle ins Reload-Register des Zeitgebers geladen werden.
Der Timer aktiviert wie angegeben bei einem Über- bzw. Unterlauf den Transfer
der beiden DMA-Einrichtungen. Der Ausgangsport 51 weist
in der beschriebenen Ausführungsform
vier IO-Pins auf, über
welche die LEDs angesteuert werden und die insofern als Ausgänge des
Microcontrollers 50 definiert sind. Die zweite DMA-Einrichtung
schreibt die Werte aus der dieser zugeordneten Lookup-Tabelle L2
in das Portregister und steuert so die Ausgabe.
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5 zeigt
die Arbeitsweise der beiden DMA-Einrichtungen DMA1, DMA2. Um mit
den in 4 angegebenen Bitfolgen die LED-Einrichtung, siehe 1,
anzusteuern, werden beide Lookup-Tabellen
L1, L2 zeilenweise in die jeweiligen Register geschrieben. Läuft der
Timer unter oder über,
wird die Übertragung
der nächsten
Zeile in die jeweiligen Register durchgeführt. Ist die letzte Zeile der
beiden Lookup-Tabellen erreicht, beginnt die Übertragung wieder mit der ersten
Zeile.
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Dies
wird dadurch erreicht, dass der Timer einen Interrupt sendet und
im Ansprechen darauf von der CPU erneut zum Steuern der beiden DMAs
gestartet wird.
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Da
das Schreiben in das Ausgaberegister 51 des Microcontrollers 50 nicht
durch die interne CPU, sondern wie beschrieben durch die beiden
DMA-Einrichtungen durchgeführt
wird, welche ständig
die Werte aus den Lookup-Tabellen in die entsprechenden Register
schreiben, wird die beschriebene Entlastung des Prozessors des Microcontrollers
erreicht. Die DMAs benötigen
für die
Ausführung
keine Prozessorleistung. Nur nachdem das Ende der Lookup-Tabellen
erreicht ist, löst
eine der DMAs einen Interrupt aus, wobei die CPU dann eine erneute Übertragung
der Tabellenwerte startet, die selbst prozessorunabhängig abläuft. Durch
die beschriebene Ansteuerung der LEDs mit Hilfe der Peripherie,
d.h. den beiden DMAs und dem Zeitgeber lässt sich die Belastung der
CPU auf ein Minimum reduzieren, was in 6 dargestellt
ist, welche die Belastung der Peripherie und der CPU während der
Ansteuerung der LEDs für
die in 3 angegebenen Werte wiedergibt. In der untersten
Zeile von 6 ist dargestellt, dass die
CPU nur noch die Übertragung
nach der Abarbeitung der Lookup-Tabellen neu starten muss.
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Der
Fachmann erkennt, dass die in den Figuren angegebene Ausführungsform
nur beispielhaft ist und die erfindungsgemäße Anordnung bzw. das Verfahren
eine Vielzahl von Möglichkeiten
eröffnet,
um flexibel bei einer LED-Ansteuerung die Codierung, die Auflösung der
Helligkeit und die Frequenz einzustellen. Da alle I/O-Bits des Ausgabeports
gleichzeitig adressiert werden können,
ist es möglich,
alle Pins des Ports gleichzeitig anzusteuern. Dabei ist die Anzahl
der Kanäle
variabel und nur durch die Anzahl der Pins des Ausgabeports begrenzt,
siehe auch 7. Diese Figur zeigt auch, dass
die Auflösung
der Helligkeitswerte in einem großen Bereich in Abhängigkeit
von der Frequenz frei einstellbar ist, wobei die Anzahl der Bits
der Zeilen der Tabelle entspricht. Die Frequenz wird durch die Summe
der Zei ten zwischen den Signalwechseln in der Lookup-Tabelle festgelegt und
ist abhängig
von der Codierung und der Auflösung
frei wählbar.
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Die
erfindungsgemäße Ansteuerung
bzw. das entsprechende Verfahren ermöglicht es, jede Art von digitaler
Modulation zu realisieren. Die LEDs können mit jeder beliebigen digitalen
Codierung angesteuert werden mit dem großen Vorteil einer sehr geringen
Belastung der CPU des Controllers, wobei die schnelle DMA-Übertragung,
welche vom Zeitgeber der CPU abhängt,
eine Ansteuerung mit sehr kleinen Zeiten zwischen den Signalwechseln
ermöglicht, sodass
insbesondere Ansteuerungen bei hohen Frequenzen und hohen Auflösungen umsetzbar
sind.
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In
der in 1 dargestellten Ausführungsform weist der Microcontroller 50 einen
Eingangsport 52 auf, über
welchen der Anwender ansteuerspezifische Parameter einstellen kann.
Hierdurch kann anwenderseitig die Farbe und Helligkeit der anzusteuernden
LEDs in Abhängigkeit
von Temperatur, Alterung und anderen Parametern korrigiert werden, ohne
dass hierfür
in die Prozessorsoftware eingegriffen werden muss. Beispielsweise
kann ein Anwender ein freiwählbares
digitales Bitmuster als Lookup-Tabelle über die
Schnittstelle 52 mit Korrekturwerten in das Vorschaltgerät 10 laden,
wobei diese Werte in einem zugeordneten Speicherbaustein abgelegt
sind. Dabei wird während
des Betriebs die Temperatur der einzelnen LED's vom Microcontroller mittels der Temperatursensoreinrichtung 80 erfasst
und im Ansprechen auf die ermittelten Temperaturmesswerte und unter
Nutzung der vom Anwender übermittelten
Korrekturwerte zumindest ein Betriebsparameter der LEDs wie die
Höhe des
Vorwärtsstroms
eingestellt. Die Sensoreinrichtung kann dabei direkt in der jeweiligen
LED integriert sein, oder in einem eigenen Gehäuse in wärmeleitendem Kontakt zur LED-Einrichtung 20 oder
zur LED 21–24.
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Die
Steuerung der Höhe
des Vorwärtsstroms erfolgt über die analoge
Schnittstelle 54 des Mikrocontrollers. In einer nicht dargestellten
Ausführungsform
können
auch noch weitere Betriebsparameter über die analoge Schnittstelle 54 bzw.
den jeweilig zugehörigen
Eingang an den Stromregelungseinrichtungen übermittelt werden.
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Der
in 1 dargestellte Block 70 umfasst eine
Pegelanpassung für
eine Datenverbindung des Microcontrollers 50 mit einem
nicht dargestellten Datennetz. Auf diese Weise kann der Microcontroller 50 beispielsweise
in das nicht dargestellte Netz Betriebsparameter senden oder auch
aus diesem einzustellende Betriebsparameter empfangen.
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- 10
- Vorschaltgerät
- 20
- Vierkanalige
LED-Einrichtung
- 21,
22, 23, 24
- LED
- 30
- Schaltnetzteil
- 40
- Spannungsreglung
- 50
- Microcontroller
- 51
- digitaler
Ausgangsport
- 52
- digitaler
Eingangsport
- 53
- digitaler
Eingangsport
- 54
- analoger
Ausgangsport
- 60,
61, 62, 63
- LED-Stromregelungseinrichtung
- 70
- Pegelwandler
- 80
- Temperatursensoreinrichtung
- A,
B, C, D
- Speicher