DE102006010311B3 - Anordnung zur Ansteuerung von LEDs - Google Patents

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Abstract

Um ein Vorschaltgerät zur Ansteuerung einer Leuchtdioden-Einrichtung bereitzustellen, bei welcher die Bedienung der Ausgangsports so ausgelegt ist, dass sie den Prozessor möglichst wenig belastet wird eine Anordnung zur Ansteuerung einer Leuchtdioden-Einrichtung vorgeschlagen, umfassend eine Steuereinrichtung, welche zumindest einen Ausgangsport 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, der zwei Lookup-Tabellen aufweist, wobei die erste Lookup-Tabelle eine Mehrzahl von Zeitintervallen zur Festlegung der Zeitintervalle zwischen zwei Signalwechseln am Ausgangsport (51) der Steuereinrichtung umfasst und die zweite Lookup-Tabelle eine Mehrzahl von Signalpegeln zur Ausgabe an dem Ausgangsport der Steuereinrichtung (50) umfasst, wobei ein Mittel vorgesehen ist zum Festlegen von Signalpegeln aus der zweiten Lookup-Tabelle während eines zugeordneten Zeitintervalls, das in der ersten Lookup-Tabelle angegeben ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ansteuern einer LED-Einrichtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ansteuerung einer Leuchtdioden-Einrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein zugeordnetes Verfahren zur Ansteuerung der Einrichtung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorrichtungsseitig betrifft die Erfindung auch ein Vorschaltgerät für eine Leuchtdioden-Einrichtung, welche eine erfindungsgemäße Anordnung zur Ansteuerung der Leuchtdiodeneinrichtung umfasst.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einer Ausführungsform und weiterer erfindungsgemäßer Merkmale unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei
  • 1 ein Blockschaltbild eines Vorschaltgeräts zur Ansteuerung einer Vierkanal-LED-Einrichtung,
  • 2 beispielhafte Bitfolgen zur Ansteuerung der in 1 gezeigten LED-Einrichtung,
  • 3 zwei beispielhafte Lookup-Tabellen zur Ansteuerung der LED-Einrichtung unter Verwendung der in 2 angegebenen Bitfolgen,
  • 4 die sich aus den in 3 dargestellten Lookup-Tabellen ergebenden Ports-Ausgaben des in 1 dargestellten Microcontrollers,
  • 5 die Arbeitsweise zweier DMAs (Direct Access Memory) zur Ansteuerung der Portausgaben des Microcontrollers,
  • 6 die Belastung der Peripherie und der CPU des Microcontrollers in der erfindungsgemäß gestalteten Anordnung zur Ansteuerung der LED-Einrichtung und
  • 7 die Einstellmöglichkeiten der erfindungsgemäßen LED-Ansteuerung
    zeigt.
  • 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.
  • 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.
  • Der Microcontroller 50 ist darüber hinaus über den digitalen Port 53 mit Speicherbereichen A, B, C und D in den jeweiligen LED-Einrichtungen 2124 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.
  • 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.
  • 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 2124 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.
  • 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 6063.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 2124.
  • 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.
  • 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.
  • 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

Claims (12)

  1. Anordnung zur Ansteuerung einer Leuchtdioden(LED-)-Einrichtung, umfassend eine Steuereinrichtung, welche zumindest einen Ausgangsport aufweist, eine steuerbare Versorgungseinrichtung, die ansteuerseitig mit dem zumindest einen Ausgangsport der Steuereinrichtung verbunden ist, wobei die Versorgungseinrichtung ausgangsseitig mit der Leuchtdiodeneinrichtung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicherbereich vorgesehen ist, der zwei Lookup-Tabellen aufweist, wobei die erste Lookup-Tabelle eine Mehrzahl von Zeitintervallen zur Festlegung der Zeitintervalle zwischen zwei Signalwechseln am Ausgangsport (51) der Steuereinrichtung umfasst und die zweite Lookup-Tabelle eine Mehrzahl von digitalen Signalpegeln zur Ausgabe an dem Ausgangsport der Steuereinrichtung (50) umfasst und dass ein Mittel vorgesehen ist zum Festlegen der sequentiellen Ausgabe der digitalen Signalpegel aus der zweiten Lookup-Tabelle an dem Ausgangsport der Steuereinrichtung (50) jeweils während eines, dem jeweiligen digitalen Signalpegel zugeordneten Zeitintervalls, das in der ersten Lookup-Tabelle angegeben ist, wobei das Festlege-Mittel eine Zeitgebereinrichtung (Timer) sowie zwei DMA-Einrichtungen zum direkten Speicherzugriff umfasst und wobei die erste DMA-Einrichtung in ein Reload-Register der Zeitgebereinrichtung und die zweite DMA-Einrichtung in ein Portregister des Ausgangsports der Steuereinrichtung schreibt.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste DMA-Einrichtung und die zweite DMA-Einrichtung durch einen Über- und/oder Unterlauf der Zeitgebereinrichtung gesteuert sind.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) einen Prozessor (CPU) umfasst und zumindest eine der beiden DMA-Einrichtungen einen Interrupt aufruft, worauf der Prozessor (CPU) die Zeitgebereinrichtung erneut startet.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Eingangsport (52), insbesondere einen seriellen Eingangsport, an welchem anwenderseitig die beiden Lookup-Tabellen in die Anordnung vorladbar sind.
  5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Eingangsport an welchem anwenderseitig Daten zur Einstellung der Anordnung, insbesondere zur Kompensation von in der Leuchtdioden-Einrichtung auftretenden Farbverschiebungen in die Anordnung vorladbar sind.
  6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinrichtung eine steuerbare Stromregelungseinrichtung (60, 61, 62, 63) aufweist, die mit dem digitalen Ausgangsport (51) der Steuereinrichtung (50) verbunden ist.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinrichtung eine steuerbare Stromregelungseinrichtung (60, 61, 62, 63) aufweist, die mit einem analogen Ausgangsport (54) der Steuereinrichtung (50) verbunden ist.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Einrichtung (20) eine Speichereinrichtung (A, B, C, D) 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 (50) datenverbunden ist.
  9. Vorschaltgerät (10) für eine Leuchtdioden-Einrichtung (20), umfassend eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Verfahren zur Ansteuerung einer Leuchtdioden(LED-)-Einrichtung, wobei eine Versorgungseinrichtung der Leuchtdiodeneinrichtung mittels Steuersignalen an einem Ausgangsport einer Steuereinrichtung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehr-Zahl von digitalen Signalpegeln zur Ausgabe an dem Ausgangsport (51) der Steuereinrichtung (50) und eine Mehrzahl von Zeitintervallen zur Festlegung der Zeiten zwischen zwei Signalpegelwechseln 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 digitalen Signalpegel aus dem Speicherbereich ausgelesen und in das Eingangsregister des Ausgangsports der Steuereinrichtung eingeschrieben werden und wobei mittels einer zweiten DMA-Einrichtung die Zeitintervalle aus dem Speicherbereich ausgelesen und in eine Zeitgebereinrichtung eingeschrieben werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur der LED-Einrichtung erfasst wird und im Ansprechen auf ermittelte Temperaturmesswerte und unter Nutzung zumindest eines abgespeicherten Korrekturwerts wenigstens ein Betriebsparameter der LED-Einrichtung, insbesondere die Höhe eines Vorwärtsstroms eingestellt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine abzuspeichernde Korrekturwert über eine digitale Schnittstelle in die Steuereinrichtung (50) eingelesen wird.
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