電容式感應(yīng)與LED照明相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案（二）

我們?cè)诘谝徊糠种型ㄟ^(guò)實(shí)際使用案例介紹了電容式感應(yīng)型UI應(yīng)用中所采用的不同LED照明技術(shù)。下面我們將了解一下實(shí)現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制(PWM，面向LED控制應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù))的各種不同方法。

PWM有兩大屬性：

頻率：用PWM信號(hào)快速開(kāi)關(guān)LED，由于開(kāi)關(guān)頻率會(huì)產(chǎn)生LED閃爍，因此PWM頻率應(yīng)大于100 Hz，確保人眼不會(huì)感覺(jué)到閃爍。

占空比：PWM通過(guò)改變占空比、保持負(fù)載電流恒定以控制LED的亮度。LED的平均電流取決于占空比。平均電流會(huì)隨占空比的提升而升高，進(jìn)而提高亮度。占空比在0%和100%之間的步長(zhǎng)數(shù)量應(yīng)滿(mǎn)足應(yīng)用中需要調(diào)節(jié)的不同亮度級(jí)數(shù)量要求。舉例來(lái)說(shuō)，如果應(yīng)用在完全關(guān)閉(0%)到完全開(kāi)啟(100%)之間需要20個(gè)亮度級(jí)，那么就應(yīng)支持5%的步長(zhǎng)(除完全關(guān)閉之外包含20個(gè)步長(zhǎng))。

用微控制器實(shí)現(xiàn)PWM有兩種方法。我們可用簡(jiǎn)單的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在固件中實(shí)現(xiàn)整個(gè)PWM邏輯，也可以選擇集成硬件PWM功能的高級(jí)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

基于固件的PWM實(shí)現(xiàn)方案

簡(jiǎn)單的固件實(shí)現(xiàn)方案需要定時(shí)器和中斷服務(wù)子程序(ISR)。定時(shí)器在與占空比每個(gè)步長(zhǎng)大小的相同時(shí)間內(nèi)創(chuàng)造中斷。舉例來(lái)說(shuō)，如果PWM周期為10ms(100Hz)而步長(zhǎng)大小為1ms(10%的占空比)，那么定時(shí)器就要每1ms對(duì)CPU發(fā)出中斷，即：定時(shí)器周期 = 脈沖寬度/步長(zhǎng)大小。

圖1給出了ISR中的邏輯。PULSE_WIDTH和ON_TIME代表PWM步長(zhǎng)數(shù)量的脈沖寬度和開(kāi)啟時(shí)間。舉例來(lái)說(shuō)，PULSE_WIDTH = 5即滿(mǎn)足5個(gè)亮度級(jí)的要求，而ON_TIME = 2則滿(mǎn)足40%的占空比要求。ISR變量isrVar控制輸出何時(shí)切換開(kāi)/關(guān)。該邏輯可方便地進(jìn)行擴(kuò)展，從而支持多個(gè)LED引腳，而每個(gè)LED都有不同的占空比。

圖1：固件PWM ISR邏輯

基于硬件的PWM實(shí)現(xiàn)方案

高級(jí)控制器有驅(qū)動(dòng)PWM的專(zhuān)用硬件塊。舉例來(lái)說(shuō)，賽普拉斯的PSoC4有一個(gè)TCPWM硬件塊，能實(shí)現(xiàn)基于硬件的PWM驅(qū)動(dòng)。通常說(shuō)來(lái)，我們用帶有比較功能的定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)它，邏輯類(lèi)似于上面討論的固件邏輯。定時(shí)器將采用比較寄存器和周期寄存器。周期寄存器載入的值等于脈沖寬度，而比較寄存器載入的值等于開(kāi)啟時(shí)間。只要比較值大于tick值，定時(shí)器輸出就會(huì)走高，反之就會(huì)走低。此外，tick值達(dá)到最大(16位定時(shí)器為65535)時(shí)，會(huì)自動(dòng)回滾為零。當(dāng)輸出布線到端口引腳，從而能用硬件塊直接驅(qū)動(dòng)LED。

表1總結(jié)了基于固件和基于硬件的PWM實(shí)現(xiàn)方案之間的差別。

表1：基于固件和基于硬件的PWM實(shí)現(xiàn)方案

我們?cè)诒静糠址治隽藢?shí)現(xiàn)PWM的不同方法。在第三部分中，我們將探討設(shè)計(jì)具有電容式感應(yīng)和LED照明的系統(tǒng)時(shí)所遇到的常見(jiàn)挑戰(zhàn)，以及應(yīng)對(duì)方法。