LED燈光系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 - 全文

　　LED作為顯示器件，由于其發(fā)光效率高、使用壽命長(zhǎng)、易于控制等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)日益被更多的領(lǐng)域所使用。尤其在2005年開(kāi)始被大量用于城市/舞臺(tái)燈光系統(tǒng)中。本文主要介紹LED燈光的種類、LED燈光控制專用芯片介紹，硬件設(shè)計(jì)思路以及軟件設(shè)計(jì)思路。

　　名詞解釋

　　彩色像點(diǎn)：為了讓LED燈光呈現(xiàn)彩色顯示，需要由至少2個(gè)以上的不同顏色LED組成一個(gè)像素點(diǎn)。紅綠藍(lán)LED搭配根據(jù)亮度和灰度級(jí)別的需求可以有多種搭配方式，如：

　　a) 1個(gè)紅色LED+1個(gè)綠色LED+1個(gè)藍(lán)色LED ，3個(gè)LED顯示256級(jí)灰度彩色。

　　b) 2個(gè)紅色LED+1個(gè)綠色LED+1個(gè)藍(lán)色LED，4個(gè)LED組成

　　RGB：是指紅色、綠色、藍(lán)色3種LED。

　　LPD6803：是“拓彩科技”專門為L(zhǎng)ED燈光系統(tǒng)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)置SUPER-PWM，可以產(chǎn)生三路恒流驅(qū)動(dòng)和灰度調(diào)制輸出。

　　LED燈光的種類

　　點(diǎn)光源　

　　技術(shù)特點(diǎn)：應(yīng)用LED彩色屏的顯示原理，將其像素放大降低整體造價(jià)成本。每個(gè)模塊為一個(gè)彩色像點(diǎn)(RGB)。

　　應(yīng)用環(huán)境：酒吧、KTV、舞臺(tái)、商場(chǎng)、展廳。作為音樂(lè)韻律顯示，背景墻裝飾等。

　　LED彩虹管

　　技術(shù)特點(diǎn)：每條燈管由多個(gè)彩色像點(diǎn)(RGB)組成，每個(gè)像素點(diǎn)可獨(dú)立產(chǎn)生256級(jí)顏色的變化。應(yīng)用環(huán)境：立交橋，河道護(hù)欄，建筑外墻等不同場(chǎng)所的裝飾照明。

　　LED地板磚

　　技術(shù)特點(diǎn)：每個(gè)模塊由多個(gè)彩色像素點(diǎn)(RGB)組成，可以獨(dú)立控制每個(gè)像素點(diǎn)。應(yīng)用環(huán)境：酒吧、KTV、舞臺(tái)。作為地板或者墻壁的裝飾照明。

　　LED燈光控制專用芯片介紹

　　LPD6803是專門用于LED燈光驅(qū)動(dòng)芯片，控制簡(jiǎn)單?！?/p>

　　功能描述：

　　a. 內(nèi)置振蕩器，掃描不需要依靠控制板提供掃描時(shí)鐘。

　　b. 2根控制線，控制和布線簡(jiǎn)單。

　　c. 數(shù)據(jù)時(shí)鐘最高可達(dá)到25MHz，可以擁有更多的級(jí)聯(lián)輸出。

　　LED燈光控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思路

　　LED燈光控制系統(tǒng)主要包含像素點(diǎn)驅(qū)動(dòng)單元和控制板設(shè)計(jì)兩部分。

　　1. 顯示點(diǎn)驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)

　　如何實(shí)現(xiàn)讓像素點(diǎn)呈現(xiàn)出不同顏色，主要依靠人的視覺(jué)間歇惰性原理，利用對(duì)于每個(gè)像素點(diǎn)產(chǎn)生不同占空比實(shí)現(xiàn)顏色的混合。本設(shè)計(jì)案例的LED顏色顯示主要依靠LPD6803自動(dòng)輸出3路256級(jí)灰度顏色來(lái)實(shí)現(xiàn)彩色顯示。控制器只需要傳送每個(gè)像素點(diǎn)的掃描占空比數(shù)據(jù)就可以了。

　　下圖驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)，適合于LED彩色護(hù)欄管、LED地磚應(yīng)用。其中紅綠藍(lán)3色LED的個(gè)數(shù)可以是多個(gè)。單路LED級(jí)聯(lián)方式可以采用串聯(lián)或者并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)是你需要考慮電壓/電流的外接驅(qū)動(dòng)方式。數(shù)據(jù)輸出級(jí)聯(lián)到下一個(gè)模塊的輸入就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)。

如下圖驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)，適合于LED彩虹管應(yīng)用。一個(gè)模塊的級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)按照設(shè)計(jì)需要調(diào)整。

　　2. 控制板設(shè)計(jì)

　　該硬件只是提供給各位一個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考，基本說(shuō)明滿足一個(gè)普通的LED燈光系統(tǒng)所需要的一些基本條件。根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需要，可以選擇ARM，CPLD等加快顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫约?a target="_blank">USB通訊，SD卡存儲(chǔ)方面的要求。

　　硬件設(shè)計(jì)目的說(shuō)明:

　　U1: 使用通用的MCU51單片機(jī)，如果系統(tǒng)拖動(dòng)像素點(diǎn)級(jí)聯(lián)數(shù)不多以及不需要做太復(fù)雜的圖象動(dòng)畫(huà)顯示情況下。該MCU甚至于可以選擇2051這樣管腳少、價(jià)格低的MCU。

　　JP1: 為輸出符合LPD6803串行時(shí)序的接口，只用DATA、CLOCK、GND即可滿足顯示數(shù)據(jù)傳送要求。

　　U4：為SPI FLASH，用于存儲(chǔ)節(jié)目數(shù)據(jù)。根據(jù)系統(tǒng)需要可以利用片選方式設(shè)計(jì)多片F(xiàn)LASH存儲(chǔ)。SPI FLASH現(xiàn)在比較高容量可以做到4M bits。

　　U6: 為通訊接口，用于于系統(tǒng)主機(jī)通訊控制節(jié)目播放的內(nèi)容和下傳節(jié)目數(shù)據(jù)。以及用于程序升級(jí)。

　　3. 軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

　　以下以驅(qū)動(dòng)單個(gè)像素點(diǎn)來(lái)說(shuō)明數(shù)據(jù)傳送的方式。LPD6803是一個(gè)可以自動(dòng)產(chǎn)生128級(jí)別

　　LED_SendData(BYTE Rdt, BYTE Gdt, BYTE Bdt)

　　{

　　......

　　SCLK = 0;

　　SDO = 0;

　　for(i=0;i<32;i++) {SCLK=1;SCLK=0} //送起始32bits 0

　　SDO=1;SCLK=1;SCLK=0; //送起始位'1'

　　//輸出5位紅色

　　mask = 0x10;

　　for(j=0;j<5;j++)

　　{

　　if(mask&Rdt) SDO = 1;

　　else SDO = 0;

　　SCLK=1;SCLK=0;

　　mask>>=1;

　　}

　　//輸出5位綠色

　　mask = 0x10;

　　for(j=0;j<5;j++)

　　{

　　if(mask&Bdt) SDO = 1;

　　else SDO = 0;

　　SCLK=1;SCLK=0;

　　mask>>=1;

　　}

　　//輸出5位藍(lán)色

　　mask = 0x10;

　　for(j=0;j<5;j++)

　　{

　　if(mask&Bdt) SDO = 1;

　　else SDO = 0;

　　SCLK=1;SCLK=0;

　　mask>>=1;

　　}

　　SDO=0;

　　SCLK=1;SCLK=0; //補(bǔ)1個(gè)CLOCK，如果一次送出了n個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，則需要補(bǔ)n個(gè)Clock.

　　......

　　}