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隨著半導(dǎo)體照明行業(yè)日異更新的步伐，具有壽命長(zhǎng)，能耗低，應(yīng)用靈活，環(huán)保無(wú)害等眾多優(yōu)點(diǎn)的高亮LED正在孕育一場(chǎng)新的產(chǎn)業(yè)革命—照明革命，使我們的生活與工作環(huán)境魅力四射，絢麗多彩。不過(guò)，由于LED本身屬于半導(dǎo)體器件的特性，使得LED照明設(shè)計(jì)時(shí)需面臨兩大挑戰(zhàn)——同種顏色的LED具有多種型號(hào)規(guī)格以及LED的性能隨溫度而降低的特性。這就要求照明工程師在進(jìn)行LED照明混色設(shè)計(jì)時(shí)，必須做LED型號(hào)規(guī)格和溫度補(bǔ)償?shù)目紤]。LED型號(hào)規(guī)格和溫度補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)不但算法復(fù)雜，而且還要求照明工程師有比較專(zhuān)業(yè)的色彩學(xué)理論知識(shí)。這使得很多照明設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)采用指定型號(hào)規(guī)格的LED的方法來(lái)回避復(fù)雜的LED型號(hào)規(guī)格補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)。但是這會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)成本的增加，因?yàn)長(zhǎng)ED供應(yīng)商通常會(huì)多收10%的指定費(fèi)。為了幫助廣大的照明設(shè)計(jì)工程師解決LED混色設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)，本文介紹了一種基于賽普拉斯的EZ-Color控制器不需要指定LED型號(hào)規(guī)格，而且能快速簡(jiǎn)單完成一個(gè)性能優(yōu)良的高亮LED照明混色設(shè)計(jì)方案。
EZ-Color控制器
EZ-Color控制器是Cypress半導(dǎo)體有限公司生產(chǎn)的專(zhuān)門(mén)針對(duì)高亮度LED照明混色應(yīng)用的可編程片上系統(tǒng)芯片。它主要由8位微處理器，可編程模擬模塊和數(shù)字模塊，外加硬件乘法累加器、I2C、閃存、SRAM等周邊外圍模塊組成，如圖1所示。
圖1：EZ-Color控制器的功能框圖
因此，EZ-Color控制器除了能實(shí)現(xiàn)一般LED混色系統(tǒng)的計(jì)算控制功能之外，還可通過(guò)可編程模擬和數(shù)字模塊根據(jù)混色系統(tǒng)的具體要求靈活地實(shí)現(xiàn)所需的模擬與數(shù)字外圍功能。例如，你可以通過(guò)內(nèi)部集成了16個(gè)可編程數(shù)字模塊的EZ-Color控制器CY8CLED16實(shí)現(xiàn)多至16路LED控制通道的LED照明混色系統(tǒng)，也可以設(shè)計(jì)成32位分辨率的4路LED控制通道的照明混色系統(tǒng)。 為了方便用戶(hù)簡(jiǎn)單而快速地實(shí)現(xiàn)高亮LED混色設(shè)計(jì)，Cypress基于EZ-Color控制器和無(wú)代碼設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建了三色LED混色模塊。這個(gè)混色模塊將PSoC內(nèi)部寄存器的配置，可編程模塊的內(nèi)部連線，包含LED型號(hào)規(guī)格和溫度補(bǔ)償算法軟件都已設(shè)計(jì)好了。當(dāng)用戶(hù)需要設(shè)計(jì)照明混色系統(tǒng)，只需像windows操作一樣將三色LED混色驅(qū)動(dòng)選中后拖放到PSoC express的設(shè)計(jì)區(qū)里，所有的照明混色軟件都將自動(dòng)生成。
EZ-Color高亮LED照明混色方案的實(shí)現(xiàn)
1. 基于PSoC express的EZ-Color混色方案實(shí)現(xiàn)機(jī)制
EZ-Color高亮LED照明混色設(shè)計(jì)是基于賽普拉斯的無(wú)代碼圖形化設(shè)計(jì)軟件—PSoC express實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)用戶(hù)要完成某個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單地操作即可，第一步是輸入，輸出驅(qū)動(dòng)的選擇；第二步是定義輸出與輸入的行為關(guān)系或傳遞函數(shù)關(guān)系。EZ-Color混色方案也不例外，也是由輸入，輸出驅(qū)動(dòng)和傳遞函數(shù)關(guān)系構(gòu)成，如圖2所示。
圖2：EZ-Color方案實(shí)現(xiàn)機(jī)制圖
從上面的實(shí)現(xiàn)機(jī)制圖可以看到，EZ-Color的LED混色方案是采用(x,y,Y)表示輸入，輸出是RGB三色LED，其中三色LED 的硬件驅(qū)動(dòng)采用了SSDM（stochastic signal density modulation,隨機(jī)信號(hào)強(qiáng)度調(diào)制）用戶(hù)模塊。輸入的（x,y,Y）是按照CIE 1931色度圖的表征方法來(lái)表示EZ-Color的顏色輸入請(qǐng)求信息，即x,y代表色調(diào)和色飽和度，反映顏色的色度信息，而Y代表光通量，反映顏色的亮度信息。SSDM用戶(hù)模塊是賽普拉斯的PrISM（Precise Illuminated Signal Modulation,精確照信號(hào)強(qiáng)度調(diào)制）技術(shù)的硬件實(shí)現(xiàn)。PrISM技術(shù)是賽普拉斯專(zhuān)有的LED亮度調(diào)節(jié)技術(shù)，它可有效地解決電磁干擾和低頻閃爍問(wèn)題。
2．PrISM技術(shù)
傳統(tǒng)的LED亮度控制都是用脈沖寬度調(diào)制信號(hào)（PWM信號(hào)）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)改變占寬比來(lái)實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)的。這種亮度調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)單，但是由于PWM信號(hào)是高低電平固定變化的信號(hào)，因此它的諧波成份非常豐富，電磁干擾大。同時(shí)當(dāng)用低頻的PWM信號(hào)進(jìn)行亮度控制時(shí)，人眼會(huì)覺(jué)察到燈光在閃爍。
賽普拉斯的EZ-Color方案的亮度控制采用了賽普拉斯的專(zhuān)有的PrISM技術(shù)。相比于PWM控制方法它可有效地解決電磁干擾與低頻閃爍問(wèn)題。如圖3所示，PrISM技術(shù)通過(guò)將隨機(jī)計(jì)數(shù)器與用戶(hù)所要求的信號(hào)強(qiáng)度寄存器的值進(jìn)行比較，如果隨機(jī)計(jì)數(shù)器里的值小于信號(hào)強(qiáng)度值時(shí)，就輸出高電平信號(hào)，大的時(shí)候就輸出低電平，從而產(chǎn)生高低電平寬度隨機(jī)變化的精確照明脈沖信號(hào)。
圖3： PrISM技術(shù)實(shí)現(xiàn)框圖
高低電平寬度隨機(jī)變化的精確照明信號(hào)使得強(qiáng)度脈沖信號(hào)非周期性。脈沖信號(hào)的非周期性的直接好處是信號(hào)的頻譜連續(xù)而且幅度小，如圖4所示。同時(shí),PrISM高低電平信號(hào)是隨機(jī)變化的，因此不會(huì)出現(xiàn)低頻的PWM信號(hào)由于其高低電平信號(hào)緩慢變化所引起的人眼能覺(jué)察到的低頻閃爍問(wèn)題。
圖4: PWM信號(hào)與PrISM信號(hào)的頻譜圖
3. PSoC express設(shè)計(jì)與實(shí)時(shí)調(diào)試
PSoC express可幫助用戶(hù)簡(jiǎn)化并直觀地完成高亮LED混色應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，在線調(diào)試功能。下面以賽普拉斯的EZ-Color開(kāi)發(fā)板 RGB-3261A為例描述如何用PSoC express進(jìn)行混色設(shè)計(jì)和調(diào)試。
A. 打開(kāi)PSoC express軟件，創(chuàng)建并命名一個(gè)新的工程項(xiàng)目。
B. 從“輸出驅(qū)動(dòng)器”列表中的High Brightness LED下面選擇“Triple Luxeon? K2”顏色混合驅(qū)動(dòng)器，并將其拖到工作區(qū)中（見(jiàn)圖5）。在拖到工作區(qū)釋放后，PSoC express會(huì)彈出一個(gè)添加輸出驅(qū)動(dòng)器窗口。這個(gè)時(shí)候輸入驅(qū)動(dòng)器“ColorMixer”作為HBLED驅(qū)動(dòng)名稱(chēng)后，點(diǎn)擊“ok”即可。
圖5：輸出驅(qū)動(dòng)器列表
圖6：關(guān)聯(lián)的溫度傳感器列表
C. 當(dāng)HBLED窗口出現(xiàn)時(shí)，可從關(guān)聯(lián)的溫度傳感器列表選擇“熱敏電阻臨時(shí)傳感器”（見(jiàn)圖6）。
D. 在溫度傳感器屬性窗口中輸入所選傳感器的屬性參數(shù)，見(jiàn)圖7。
圖7：溫度傳感器參數(shù)設(shè)置表
圖8：LED型號(hào)規(guī)格參數(shù)設(shè)置表
E. 設(shè)置你所選的LED型號(hào)規(guī)格參數(shù)，見(jiàn)圖8。PSoC express軟件在編譯組建時(shí)會(huì)根據(jù)用戶(hù)所
設(shè)置的溫度傳感器和LED型號(hào)規(guī)格屬性參數(shù)值自動(dòng)生成所需要的溫度補(bǔ)償和型號(hào)規(guī)格補(bǔ)償軟件。
F. 設(shè)置完HBLED驅(qū)動(dòng)的參數(shù)后，點(diǎn)擊OK。
G. 從express里的評(píng)估器（valuator）驅(qū)動(dòng)里分別選擇4個(gè)作為輸入的變量：LEDBrightness, LEDEnable,xValuator,yValuator；從接口（interface）驅(qū)動(dòng)里選擇I2C作為L(zhǎng)ED混色系統(tǒng)與外部控制系統(tǒng)進(jìn)行通信的接口。
H. 定義輸出與輸入的傳遞函數(shù)關(guān)系：右擊“ColorMixer”輸出驅(qū)動(dòng)器圖標(biāo)，然后選擇傳遞函數(shù)打開(kāi)傳遞函數(shù)對(duì)話框。在傳遞函數(shù)對(duì)話框里將作為輸入的4個(gè)變量與輸出傳遞函數(shù)的4個(gè)參數(shù)一一對(duì)應(yīng)配置即可,一旦配置完后，如圖9所示，輸出與輸入之間會(huì)顯示連接線。
圖9: 輸出與輸入
I. 編譯組建項(xiàng)目，生成用以燒錄的代碼。在編譯組建的過(guò)程中，PSoC express會(huì)彈出器件選擇和引腳配置圖。用戶(hù)根據(jù)自已所做的電路板進(jìn)行相應(yīng)的器件選擇和引腳配置后，點(diǎn)擊OK，PSoC Express會(huì)繼續(xù)完成項(xiàng)目編譯組建工作。在項(xiàng)目構(gòu)建完后，一個(gè)沒(méi)寫(xiě)任何一行代碼和基于EZ-Color控制器的高亮LED照明混色系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作就基本完成了。
J. 程序燒錄。在項(xiàng)目編譯組建結(jié)束后，連接好程序PSoC燒錄器和點(diǎn)擊“PSoC programmer”就可以開(kāi)始進(jìn)行程序燒錄。
K. 在線實(shí)時(shí)調(diào)試。PSoC express不但可以幫助用戶(hù)進(jìn)行直觀式圖形化設(shè)計(jì)，還支持在線實(shí)時(shí)調(diào)試功能，使得用戶(hù)可以實(shí)時(shí)輸入顏色請(qǐng)求信息，實(shí)時(shí)觀察LED混色效果，從而確保LED混色結(jié)果達(dá)到客戶(hù)滿意的效果。下面以本設(shè)計(jì)為例，簡(jiǎn)要講述一下如何輕松實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)調(diào)試功能。第一步，連接好PSoC express在線實(shí)時(shí)調(diào)試硬件——I2USB板；第二步，從PSoC express設(shè)計(jì)區(qū)點(diǎn)擊 “monitor”，進(jìn)入調(diào)試窗口，然后點(diǎn)擊I2USB板運(yùn)行按鍵“ Running”；第三步，右擊輸出驅(qū)動(dòng)器“ColorMixer”，選中“show tuner”，然后EZ-Color調(diào)試窗口打開(kāi)，見(jiàn)圖10.這時(shí)候用戶(hù)可以在色度圖中點(diǎn)擊所需要的顏色實(shí)時(shí)觀看混色效果了，實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試功能。
圖10：EZ-Color在線實(shí)時(shí)調(diào)試窗口
該方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于應(yīng)用，性能優(yōu)良，可廣泛應(yīng)用于城市照明、室內(nèi)室外裝飾、信號(hào)燈、舞臺(tái)燈和LED廣告屏等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)精確穩(wěn)定一致的色彩輸出。
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論