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RGB LED是一種性能優(yōu)良的顯示器件,具有壽命長、節(jié)電、高亮度、多種發(fā)光顏色、響應(yīng)速度快和驅(qū)動電壓低等優(yōu)點,在節(jié)省能源的同時還可以通過PWM器件調(diào)節(jié)LED發(fā)光強度。

依據(jù)R、G、B三原色混光原理調(diào)出多種顏色,再通過MCU智能控制實現(xiàn)多種顯示效果?,F(xiàn)正大量應(yīng)用于城市亮化、建筑景觀照明、舞臺燈光設(shè)計等領(lǐng)域。

本設(shè)計方案采用恩智浦半導(dǎo)體(NXP)的電源管理芯片、微控制器、I2C器件、LED驅(qū)動器件,為LED燈光系統(tǒng)設(shè)計提供全套的方案設(shè)計。

主要芯片:PCA9633/34/35:NXP I2總線RGB/RGBA LED閃爍/混光芯片;TEA152x:NXP電源芯片;LPC92x:NXP 900系列MCU;P82B96/PCA9600:NXP I2C總線驅(qū)動芯片。

RGB LED主要應(yīng)用:

1. 點光源:應(yīng)用LED彩色屏顯示原理,將其像素放大,降低整體造價成本,每個模塊為一個彩色像素點。應(yīng)用環(huán)境:酒吧、KTV、舞臺、商場、展廳,作為音樂旋律顯示,背景墻裝飾、幕墻廣告等。

2. LED彩虹管:每條燈管由多個彩色像素點(RGB)組成,每個單色像素點可產(chǎn)生256個灰度級的變化。應(yīng)用環(huán)境:立交橋、河道護欄、建筑外墻等不同場所的裝飾照明。

系統(tǒng)硬件設(shè)計:

LED彩燈控制系統(tǒng)主要包含驅(qū)動模塊、控制模塊、LED電源三部分。

1. 驅(qū)動模塊設(shè)計

如何實現(xiàn)讓LED模塊呈現(xiàn)不同的顏色,主要依靠人的視覺間歇惰性原理,利用對R、G、B三原色的LED的占空比實現(xiàn)顏色的混合。本設(shè)計方案的LED顏色顯示主要依靠NXP公司的I2C接口LED閃爍/混光驅(qū)動芯片PCA9633(PCA9633-4位PWM輸出,PCA9634-8位PWM輸出,PCA9635-16位PWM輸出)輸出256灰度級的顏色來實現(xiàn)彩色顯示??刂破髦恍枰獋魉驮撃K的RGB顏色的灰度值即可實現(xiàn)顏色顯示。

PCA9633是I2C總線控制的可編程PWM輸出的四位LED驅(qū)動器件,主要應(yīng)用于LEDRGB/RGBA(Red/Green/Blue/Amber)混光,主要性能指標(biāo)如下:

1. 4路LED驅(qū)動,每路驅(qū)動可以通過軟件編程為四種狀態(tài),分別是:開、關(guān)、可編程PWM閃爍控制輸出、可編程每路灰度級別,同時支持四路整體亮度調(diào)節(jié)的PWM混光輸出。

2. 調(diào)光控制,PWM輸出頻率97kHz,每路有256個灰度級別。

3. 閃爍控制,PWM可編程頻率范圍24Hz~10.73s,占空比可編程范圍0%~99.6%。

4. 可通過190Hz的PWM輸出對四路PWM輸出整體亮度256級調(diào)節(jié)。

5. 四位輸出可編程設(shè)置為推拉輸出(在5V時,灌電流25mA,拉電流10mA)。

6. 7個硬件地址設(shè)定引腳,同一I2C總線最大可接126片。

7. 每片PCA9633有四個可編程軟件地址:一個全部響應(yīng)地址和三個子地址。

8. 內(nèi)置25MHz晶振和上電復(fù)位電路,也可通過I2C總線實現(xiàn)軟件復(fù)位。

9. SDA/SCL內(nèi)置噪聲濾波器,支持1MHz的I2C快速模式。

10. 支持熱插入,低待機電流,支持電壓范圍:2.3~5.5V。

下圖為驅(qū)動單元的設(shè)計,其中紅綠藍(lán)3色LED的數(shù)量可以是多個的,根據(jù)自己的設(shè)計要求可以選擇并聯(lián)或串聯(lián)的方式,再按照LED的連接方式及電壓/電流等要求選擇適合的開關(guān)管即可,少量的LED也可用PCA9633直接驅(qū)動,具體參數(shù)見PCA9633資料。驅(qū)動模塊通過PCA9633的A6~A0管腳設(shè)定訪問地址,接到控制模塊輸出的I2C總線上就可正常工作,每條I2C總線可接126塊調(diào)光驅(qū)動模塊。

2. RGB LED控制模塊設(shè)計

控制模塊如下圖所示,主要作用是通過MCU對I2C總線上所有調(diào)光模塊進行控制,以實現(xiàn)各種顯示效果,P82B96為I2C總線驅(qū)動芯片,用來提高總線驅(qū)動能力,傳輸速率在20~50kbps時,傳輸距離可達(dá)1km。MCU可根據(jù)實際的系統(tǒng)要求進行選擇,在控制總線器件調(diào)光的同時還可以加入其它的操作,例如顯示圖像處理、與PC通信、擴展存儲空間等等。

控制模塊與驅(qū)動模塊連接如下圖所示。

I2C總線傳輸速率與電纜長度與其它總線比較見下圖。

3.RGB LED彩燈電源部分

電源部分要根據(jù)具體的LED數(shù)量及連接方式等因素確定具體參數(shù),下圖為采用NXP STARplug系列芯片的LED電源方案,該方案設(shè)計簡單,體積小,寬電壓輸入,低成本,低損耗等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于LED領(lǐng)域。

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