TWI828221B - 照明系統的控制器與資料轉換方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種照明系統的控制器。上述控制器包括一記憶體、一直接記憶體存取器以及一輸出介面單元。上述記憶體儲存複數資料框。每一上述資料框包括至少一色彩資料。上述直接記憶體存取器將上述色彩資料的每一高邏輯資料位元轉換成一第一位元組資料，並將上述色彩資料的每一低邏輯資料位元轉換成一第二位元組資料。上述輸出介面單元根據一時脈信號，相應於上述色彩資料的一位元傳送順序而輸出具有上述第一位元組資料和上述第二位元組資料的一輸出信號至一傳輸線。

Description

照明系統的控制器與資料轉換方法
本發明係有關於一種控制器，且特別係有關於一種將資料位元轉換成位元組之控制器。
發光二極體(light-emitting diode，LED)具有使用壽命長、低耗電、發光效率高、及色彩變化豐富之特性，進而增加所應用光源裝置之相對優點，所以發光二極體為目前常見的發光半導體電子元件。此外，發光二極體可作為照明系統的光源，使其所發出之光的顏色能富有變化性，例如可作為霓虹燈使用。
本發明提供一種照明系統的控制器。上述控制器包括一記憶體、一直接記憶體存取器以及一輸出介面單元。上述記憶體儲存複數資料框。每一上述資料框包括至少一色彩資料。上述直接記憶體存取器將上述色彩資料的每一高邏輯資料位元轉換成一第一位元組資料，並將上述色彩資料的每一低邏輯資料位元轉換成一第二位元組資料。上述輸出介面單元根據一時脈信號，相應於上述色彩資料的一位元傳送順序而輸出具有上述第一位元組資料和上述第二位元組資料的一輸出信號至一傳輸線。
再者， 本發明提供一種照明系統的資料轉換方法。得到儲存在一記憶體之一色彩資料。根據一位元傳送順序，將上述色彩資料的每一高邏輯資料位元轉換成一第一位元組資料，並將上述色彩資料的每一低邏輯資料位元轉換成一第二位元組資料。相應於上述位元傳送順序，輸出具有上述第一位元組資料和上述第二位元組資料的一輸出信號至一傳輸線。上述傳輸線是耦接於串聯的複數驅動器，以及每一上述驅動器是控制個別的發光二極體陣列。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第1圖係顯示根據本發明一些實施例所述之照明系統10。照明系統10包括控制器100。控制器100包括記憶體110、暫存器120、直接記憶體存取器(Direct Memory Access，DMA)130以及輸出介面單元140。控制器100經由單一傳輸線150耦接於驅動器170_1-驅動器170_n，其中驅動器170_1-驅動器170_n是以串聯方式連接。驅動器170_1-驅動器170_n是根據來自控制器100的資料而分別控制發光二極體陣列180_1-發光二極體陣列180_n。發光二極體陣列180_1-發光二極體陣列180_n是由複數可定址紅綠藍二極體(ARGB LED)所形成的陣列。
依據驅動器170_1-驅動器170_n所定義的資料位元“0”和資料位元“1”的波形週期以及佔空比(duty cycle)的比例，控制器100會將具有發光二極體的色彩資料的資料框(data frame)轉換成連續的波形並傳送至驅動器170_1-驅動器170_n。此外，依據所連接的驅動器170_1-驅動器170_n的數量，控制器100會將相同數量的色彩資料框轉換成的相對應的波形並依序傳輸給串聯的驅動器170_1-驅動器170_n。
在一些實施例中，驅動器170_1-驅動器170_n的波形頻率為800kHz。驅動器170_1-驅動器170_n所定義之資料位元“0”的週期是1.25μs而佔空比為32%。此外，驅動器170_1-驅動器170_n所定義之資料位元“1”的週期同樣是1.25μs而佔空比為68%。控制器100的輸出介面單元140會根據串列週邊介面(Serial Peripheral Interface，SPI)通訊協定來傳送資料至驅動器170_1-驅動器170_n。於是，控制器100會將原先的資料位元“0”和資料位元“1”的波形分別轉換成對應於SPI信號的位元組資料LB和位元組資料HB。例如，輸出介面單元140可根據具有6 MHz速度的時脈信號clk來傳送對應於原先資料位元“0”(即低邏輯資料位元)的位元組資料LB以及對應於原先資料位元“1” (即高邏輯資料位元)的位元組資料HB。
在控制器100中，記憶體110包括欲傳送至驅動器170_1-驅動器170_n的色彩資料。欲傳送到驅動器170_1-驅動器170_n的色彩資料是分別儲存為所對應的資料框115_1-資料框115_n。此外，資料框115_1-資料框115_n的每一者包括綠色資料G、紅色資料R以及藍色資料B。例如，資料框115_1包括綠色資料G1、紅色資料R1以及藍色資料B1，以及綠色資料G1、紅色資料R1以及藍色資料B1的內容會被傳送至驅動器170_1，以便控制發光二極體陣列180­_1的顏色。此外，資料框115_2包括綠色資料G2、紅色資料R2以及藍色資料B2，以及綠色資料G2、紅色資料R2以及藍色資料B2的內容會被傳送至驅動器170_2，以便控制發光二極體陣列180­_2的顏色。再者，資料框115_3包括綠色資料G3、紅色資料R3以及藍色資料B3，以及綠色資料G3、紅色資料R3以及藍色資料B3的內容會被傳送至驅動器170_3，以便控制發光二極體陣列180­_3的顏色。此外，資料框115_n包括綠色資料Gn、紅色資料Rn以及藍色資料Bn，以及綠色資料Gn、紅色資料Rn以及藍色資料Bn的內容會被傳送至驅動器170_n，以便控制發光二極體陣列180­_n的顏色。
直接記憶體存取器130會從記憶體110得到資料框115_1-資料框115_n內的綠色資料G、紅色資料R以及藍色資料B。在此實施例中，每一綠色資料G、紅色資料R以及藍色資料B具有相同的位元數。此外，直接記憶體存取器130會根據預先設定在暫存器120內的位元傳送順序TS、位元組資料LB和位元組資料HB對資料框115_1-資料框115_n內的每一位元進行轉換。
位元傳送順序TS是決定綠色資料G、紅色資料R以及藍色資料B中每一位元的傳送順序。例如，可設定位元傳送順序為先傳送色彩資料的最高有效位元(most significant bit，MSB)或是先傳送色彩資料的最低有效位元(least significant bit，LSB)。
在此實施例中，對應於資料位元“0” (即低邏輯資料位元)的位元組資料LB是被設定為十六進位資料“0xC0”。此外，對應於資料位元“1” (即高邏輯資料位元)的位元組資料HB是被設定為十六進位資料“0xFC”。
根據來自暫存器120的位元傳送順序TS，直接記憶體存取器130可將來自記憶體110的資料框115_1-資料框115_n的色彩資料的每一位元依序轉換為位元組資料LB或是位元組資料HB，並提供至輸出介面單元140。於是，根據所接收到的位元組資料LB或是位元組資料HB，輸出介面單元140可根據時脈信號clk來提供對應於SPI信號的位元組資料LB或位元組資料HB至傳輸線150，以便提供至驅動器170_1-驅動器170_n。
在一些實施例中，直接記憶體存取器130是依序將資料框115_1、資料框115_2、資料框115_3、…、資料框115_n的色彩資料的每一位元轉換成位元組資料LB或位元組資料HB，並經由傳輸線150提供至驅動器170_1-驅動器170_n。於是，驅動器170_1會先從傳輸線150中得到對應於資料框115_1之色彩資料的位元組資料的內容，並根據所得到的位元組資料來控制發光二極體陣列180_1。接著，驅動器170_1會將從傳輸線150中所得到之資料框115_2-資料框115_n之色彩資料的位元組資料傳送至後續的驅動器170_2-驅動器170_n。接著，驅動器170_2會從驅動器170_1得到對應於資料框115_2之色彩資料的位元組資料的內容，並根據所得到的位元組資料來控制發光二極體陣列180_2。接著，驅動器170_2會將從驅動器170_1所得到之資料框115_3-資料框115_n之色彩資料的位元組資料的內容傳送至後續的驅動器170_3-驅動器170_n，以此類推。直到驅動器170_n得到對應於資料框115_n之色彩資料的位元組資料的內容，並根據所得到的位元組資料來控制發光二極體陣列180_n。在此實施例中，距離控制器100最近的驅動器170_1是最早得到所對應之資料框115_1之色彩資料的位元組資料，而距離控制器100最遠的驅動器170_n是最晚得到所對應之資料框115_n之色彩資料的位元組資料。
在一些實施例中，直接記憶體存取器130是依序將資料框115_n、…、資料框115_3、資料框115_2和資料框115_1的色彩資料的每一位元轉換成位元組資料LB或位元組資料HB，並經由傳輸線150提供至驅動器170_n-驅動器170_1。於是，驅動器170_1會將從傳輸線150中所得到之資料框115_n、…、資料框115_3、資料框115_2之色彩資料的位元組資料傳送至後續的驅動器，以便依序傳送到驅動器170_n、…、驅動器170_3和驅動器170_2，直到驅動器170_1從傳輸線150中得到之資料框115_1之色彩資料。如先前所描述，驅動器170_1-驅動器170_n中的每一者會從前一個驅動器中得到所對應之資料框的色彩資料，並將其他資料框的色彩資料傳送至後續的驅動器。在此實施例中，距離控制器100最近的驅動器170_1是最晚得到所對應之資料框115_1之色彩資料的位元組資料，而距離控制器100最遠的驅動器170_n是最早得到所對應之資料框115_n之色彩資料的位元組資料。
第2圖係顯示根據本發明一些實施例所述之資料轉換(映射)方法，適用於第1圖的控制器100。
同時參考第1圖和第2圖，在步驟S210，從記憶體110得到資料框115_1-資料框115_n的色彩資料。如先前所描述，資料框115_1-資料框115_n的色彩資料包括綠色資料G、紅色資料R以及藍色資料B。此外，每一綠色資料G、紅色資料R以及藍色資料B包括相同的位元數。
在步驟S220，從暫存器120得到位元傳送順序TS。如先前所描述，位元傳送順序TS可設定為先傳送色彩資料的最高有效位元或是先傳送色彩資料的最低有效位元。
在步驟S230，根據來自暫存器120之對應於資料位元“0”(即低邏輯資料位元)的位元組資料LB的設定值“0xC0”以及對應於資料位元“1” (即高邏輯資料位元)的位元組資料HB的設定值“0xFC”，依照位元傳送順序TS而依序將色彩資料的每一位元轉換為所對應的位元組資料LB或是位元組資料HB。例如，當色彩資料的資料位元為“0”(例如低邏輯資料位元)時，則將資料位元“0” 轉換成十六進位資料“0xC0”。相反地，當色彩資料的資料位元為“1”(例如高邏輯資料位元)時，則將資料位元“1” 轉換成十六進位資料“0xFC”。
在步驟S240，根據所轉換的位元組資料LB或是位元組資料HB，藉由提供對應於SPI信號的位元組資料LB或位元組資料HB至傳輸線150，以便提供至驅動器170_1-驅動器170_n。於是驅動器170_1-驅動器170_n可根據所接收到的信號來控制發光二極體陣列180_1-發光二極體陣列180_n。
值得注意的是，在此實施例中，是使用SPI信號來作為說明。在其他實施例中，可使用符合單線傳輸的任何其他通訊協定來提供位元組資料LB和位元組資料HB至傳輸線150。此外，輸出介面單元140的時脈信號的頻率可根據相對應的通訊協定來調整。
第3圖係顯示根據本發明一些實施例所述之第1圖中直接記憶體存取器130以及輸出介面單元140的資料轉換的示意圖。直接記憶體存取器130從記憶體110得到資料框115_1的綠色資料G1。在此實施例中，綠色資料G1為8位元資料“00110101”。
接著根據位元傳送順序TS，直接記憶體存取器130會決定綠色資料G1中8位元資料“00110101”的傳換順序。例如，若位元傳送順序TS是設定先傳送色彩資料的最高有效位元，則綠色資料G1的位元資料“0”、“0”、“1”、“1”、“0”、“1”、“0”、“1”會依序被轉換，即最低有效位元“1”是最後被轉換。反之，若位元傳送順序TS是設定先傳送色彩資料的最低有效位元，則綠色資料G1的位元資料 “1”、 “0”、“1”、 “0”、“1”、“1”、“0”、“0”會依序被轉換，即最高有效位元“0”是最後被轉換。
如先前所描述，位元資料 “0” (即低邏輯資料位元)會被轉換成十六進位資料“0xC0”( 即位元組資料LB)，並傳送至輸出介面單元140。此外，位元資料 “1” (即高邏輯資料位元)會被轉換成十六進位資料“0xFC” (即位元組資料HB)，並傳送至輸出介面單元140。
當接收到十六進位資料“0xC0”時，輸出介面單元140會提供週期是1.25μs而佔空比為32%的SPI信號OUT至傳輸線150。此外，當接收到十六進位資料“0xFC”時，輸出介面單元140會提供週期是1.25μs而佔空比為68%的SPI信號OUT至傳輸線150。於是，相應於綠色資料G1的8位元資料“00110101”，可得到第3圖所顯示SPI信號OUT。
在傳統的照明系統中，資料框中色彩資料的每一位元需要事先被轉換成SPI介面所要傳送的位元組，並儲存在記憶體中。因此，需要花費額外的計算時間去完成轉換操作，並且需要龐大的記憶體空間來儲存這些要傳送的位元組。根據本發明實施例，在直接記憶體存取器130內可直接將色彩資料的每一資料位元映射到所對應的位元組的內容。因此，當直接記憶體存取器130從記憶體110讀取出資料框115_1-資料框115_n之後，直接記憶體存取器130會依據設定的位元組的內容，依照位元傳送順序TS，將資料框115_1-資料框115_n中色彩資料的每一資料位元映射的結果提供至輸出介面單元。於是，藉由使用本發明實施例的控制器，可節省傳統的照明系統中原先需要使用的轉換操作的記憶體空間以及計算時間。因此，可降低照明系統的製造成本，並降低耗電量。
雖然本發明已以較佳實施例發明如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中包括通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10:照明系統 100:控制器 110:記憶體 115_1- 115_n:資料框 120:暫存器 130:直接記憶體存取器 140:輸出介面單元 150:傳輸線 170_1-170_n:驅動器 180_1-180_n:發光二極體陣列 clk:時脈信號 B1-Bn:藍色資料 G1-Gn:綠色資料 HB, LB:位元組資料 OUT:SPI信號 R1-Rn:紅色資料 S210-S240:步驟 TS:位元傳送順序
第1圖係顯示根據本發明一些實施例所述之照明系統。 第2圖係顯示根據本發明一些實施例所述之資料轉換(映射)方法，適用於第1圖的控制器。 第3圖係顯示根據本發明一些實施例所述之第1圖中直接記憶體存取器以及輸出介面單元的資料轉換的示意圖。
10:照明系統
100:控制器
110:記憶體
115_1-115_n:資料框
120:暫存器
130:直接記憶體存取器
140:輸出介面單元
150:傳輸線
170_1-170_n:驅動器
180_1-180_n:發光二極體陣列
clk:時脈信號
B1-Bn:藍色資料
G1-Gn:綠色資料
HB,LB:位元組資料
R1-Rn:紅色資料
TS:位元傳送順序

Claims (10)

  1. 一種照明系統的控制器，包括：一記憶體，儲存複數資料框，其中每一上述資料框包括至少一色彩資料；一直接記憶體存取器，用以將上述色彩資料的每一高邏輯資料位元轉換成一第一位元組資料，並將上述色彩資料的每一低邏輯資料位元轉換成一第二位元組資料；以及一輸出介面單元，根據一時脈信號，相應於上述色彩資料的一位元傳送順序而輸出具有對應於一第一佔空比的上述第一位元組資料和對應於一第二佔空比的上述第二位元組資料的一輸出信號至一傳輸線；其中上述第一佔空比不同於上述第二佔空比。
  2. 如請求項1之照明系統的控制器，其中上述輸出介面單元經由上述傳輸線耦接於串聯的複數驅動器，其中每一上述驅動器是控制個別的發光二極體陣列。
  3. 如請求項2之照明系統的控制器，其中每一上述驅動器是對應於上述資料框的個別一者，以及每一上述驅動器從上述傳輸線的上述輸出信號中得到對應於上述資料框的個別該者的上述第一位元組資料和上述第二位元組資料。
  4. 如請求項1之照明系統的控制器，其中上述輸出信號是符合串列週邊介面(Serial Peripheral Interface，SPI)通訊協定。
  5. 如請求項1之照明系統的控制器，其中上述色彩資料包括一綠色資料、一紅色資料或一藍色資料。
  6. 如請求項5之照明系統的控制器，其中上述綠色資料、上述紅色資料以及上述藍色資料具有相同的位元數。
  7. 如請求項1之照明系統的控制器，其中上述第一位元組資料為十六進位資料0xFC，而上述第二位元組資料為十六進位資料0xC0。
  8. 一種照明系統的資料轉換方法，包括：得到儲存在一記憶體之一色彩資料；根據一位元傳送順序，將上述色彩資料的每一高邏輯資料位元轉換成一第一位元組資料，並將上述色彩資料的每一低邏輯資料位元轉換成一第二位元組資料；以及相應於上述位元傳送順序，輸出具有對應於一第一佔空比的上述第一位元組資料和對應於一第二佔空比的上述第二位元組資料的一輸出信號至一傳輸線；其中上述傳輸線是耦接於串聯的複數驅動器，以及每一上述驅動器是控制個別的發光二極體陣列；其中上述第一佔空比不同於上述第二佔空比。
  9. 如請求項8之照明系統的資料轉換方法，其中上述色彩資料包括一綠色資料、一紅色資料或一藍色資料，以及上述綠色資料、上述紅色資料以及上述藍色資料具有相同的位元數。
  10. 如請求項8之照明系統的資料轉換方法，其中上述輸出信號是符合串列週邊介面(Serial Peripheral Interface，SPI)通訊協定，其中上述第一位元組資料為十六進位資料0xFC，而上述第二位元組資料為十六進位資料0xC0。
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