单线单线LED调光芯片的设计与实现调光芯片的设计与实现
本文介绍了一个将发送的归零码信号调制为PWM的LED点光源芯片,主要由信号的采集、编码、PWM调制、显
示这几部分构成。文章利用ALTERA公司的QuartusII平台,通过Verilog硬件描述语言,并采用Cyclone系列的
EP1C12Q240C8N器件完成了电路设计、代码编写等主要流程,且在Modelsim里完成了功能验证并给出了仿真
波形。通过电路仿真和硬件测试验证了设计的正确性。
1.引言
LED以其使用时间长、大视角、高亮度、色彩斑斓等特点而在近年来迅速的发展,它是继白炽灯、高强度放电灯、荧光灯之后
第四代新能源。LED属于P/N结型半导体,它作为一种固态冷光源,与传统光源相比,具有耗电量小、环保、安全可靠、体积
小的优点。为了加强节能减排的目,所以各种类型的LED驱动器中加上调光的功能是大势所趋。通常,LED驱动器的调光方式
有3种:可控硅调光、模拟调光、PWM(脉宽调制)调光。每种调光方式都有其优点及局限性。为了便于数字信号控制,本芯
片主要采用脉宽调制(PWM)来调光。脉冲宽度调制(PWM)就是脉冲调制方法中的一种,是指工作频率恒定(即工作周期
不变),通过改变功率开关管导通时间或截止时间来改变占空比。占空比是指高电平在一个周期之内所占的时间比率,通过占
空比的调整使输出电压稳定的方式。广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换及LED照明等许多领域中。
2.芯片结构框图
图1所示为该调光芯片的结构框图,其中SDI用于接收数据,SDO用于数据的向后传输,振荡器为芯片提供时钟晶振,VLED
为芯片提供电源,LDO为一线性稳压器,数字控制单元包括decode模块、PWM模块,OUTR、OUTG、OUTB为芯片的三个
输出端,用于颜色显示。
3.芯片的工作原理
本芯片采用单线通讯方式传输数据,采用归零码的方式发送信号。系统在上电以后,SDI接收从控制器传输来的数据流,该数
据流为基于归零码的二进制数据,当每个芯片接收36bit后,SDO输出口开始转发数据,为下一个芯片提供输入数据。RGB是
工业界的一种颜色标准,是通过红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样
的颜色。
系统OUTR、OUTG、OUTB三个PWM输出端经过数字控制单元,每通道接收到12bit数据,每通道有12位PWM灰阶控制,有
4096灰度等级。每通道发出相应不同占空比的信号,如果输入的是RESET信号,系统将接收到的数据送LED显示。
4.主要功能模块的实现
4.1 decode模块
该模块用于数据的采集,判断输入的数据是1还是0,并且将数据传送到R、G、B端口。采用脉冲边沿检测法,获得输入数据的
上升沿sdi_posedge和sdi_negedge信号,将一个数据周期的高电平时钟数、低电平时钟数、整个周期的时钟数分别存放在
high_count、low_count、count_cycle三个寄存器中,在数据的下降沿来临时,将high_count寄存器中的数据与count_cycle寄
存器右移一位的数据进行比较,当high_count中的数值大于count_cycle右移一位的数值时,我们判断此时输入的数据位1,反之
为0.将此时获得的0或者1存储在8位寄存器data_reg的最后一位,每来一位数据下降沿,将sdi_negedge_count寄存器加1,当该
寄存器的数值分别为12、24、36时,将8为寄存器data_reg中的数据赋与rdata、gdata、bdata用于PWM模块的编码。在
sdi_negedge_count为36时,将frame_flag寄存器置1,表示该模块已经接收完数据,剩下的信号通过SDO转发出去。图2所示
为各个寄存器的Modelsim的仿真波形。
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