基于NXP混光芯片的RGB LED彩燈控制方案

本設(shè)計(jì)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(dòng)器件，為LED燈光系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供全套的方案設(shè)計(jì)。

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(dòng)芯片。

主要應(yīng)用：
1. 點(diǎn)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(jià)成本，每個(gè)模塊為一個(gè)彩色像素點(diǎn)。應(yīng)用環(huán)境：酒吧、KTV、舞臺(tái)、商場(chǎng)、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(gè)彩色像素點(diǎn)(RGB)組成，每個(gè)單色像素點(diǎn)可產(chǎn)生256個(gè)灰度級(jí)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。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：

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

1. 驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

如何實(shí)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(duì)R、G、B三原色的LED的占空比實(shí)現(xiàn)顏色的混合。本設(shè)計(jì)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(dòng)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(jí)的顏色來實(shí)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(shí)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(dòng)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(dòng)，每路驅(qū)動(dòng)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(jí)別，同時(shí)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(gè)灰度級(jí)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(duì)四路PWM輸出整體亮度256級(jí)調(diào)節(jié)。

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

6. 7個(gè)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(gè)可編程軟件地址：一個(gè)全部響應(yīng)地址和三個(gè)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(shí)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(jī)電流，支持電壓范圍：2.3~5.5V。

下圖為驅(qū)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)，其中紅綠藍(lán)3色LED的數(shù)量可以是多個(gè)的，根據(jù)自己的設(shè)計(jì)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(dòng)，具體參數(shù)見PCA9633資料。驅(qū)動(dòng)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(dòng)模塊。

2. 控制模塊設(shè)計(jì)

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

控制模塊與驅(qū)動(dòng)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. 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(jì)簡單，體積小，寬電壓輸入，低成本，低損耗等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于LED領(lǐng)域。