基于I2C接口的LED驅動(dòng)器設計與實(shí)現

LED無(wú)疑是當前最熱的一個(gè)應用，無(wú)論是手持設備、游戲機、霓虹燈、廣告牌等等，眩目的色彩及高質(zhì)的光亮，總能第一時(shí)間吸引人的眼球。在當前眾多的LED控制器面前，如何選擇一款功能豐富且性?xún)r(jià)比又高的產(chǎn)品來(lái)迎合自己的設計，無(wú)疑是擺在每個(gè)設計師面前的問(wèn)題。

最簡(jiǎn)單的LED驅動(dòng)，我們可以用普通的I/O來(lái)實(shí)現。但I/O控制只能實(shí)現LED的ON與OFF，無(wú)法用來(lái)進(jìn)行混光、閃爍等功能，而且每個(gè)LED都需要占用一個(gè)單獨的I/O資源，無(wú)疑性?xún)r(jià)比很低。我們也可以用專(zhuān)用的大電流LED控制器來(lái)設計，但昂貴的成本首先會(huì )成為問(wèn)題，而且設計復雜，程度也會(huì )跟著(zhù)各種干擾的出現相應地提高?；谶@些，恩智浦(NXP)推出一系列使用I2C接口的LED驅動(dòng)器，它可以通過(guò)I2C接口的兩根線(xiàn)，去同時(shí)控制從4個(gè)到24個(gè)不等LED的ON/OFF、閃爍及RGB混光。在混光方案里，每個(gè)LED都是由一個(gè)獨立的8bit/256階PWM來(lái)驅動(dòng)。目前，通過(guò)芯片本身能驅動(dòng)的每個(gè)LED電流范圍為25mA到100mA之間。當然，對于一些大電流的應用場(chǎng)合，我們只需用外加場(chǎng)效應管的方式來(lái)實(shí)現。

這種基于I2C的LED控制方式，增加了設計的方便性與靈活性，而且也會(huì )減少在軟硬件方面的投入，使披著(zhù)神秘面紗的LED對我們來(lái)講頓時(shí)顯得簡(jiǎn)單和精彩。下面，我們將會(huì )以恩智浦LED驅動(dòng)器PCA9633為例，通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的應用來(lái)全面闡述這種LED驅動(dòng)器的優(yōu)勢所在。

PCA9633是四路LED驅動(dòng)器，且每路可驅動(dòng)最大25mA電流，并根據封裝的不同提供了可選的固定I2C地址和帶4位或7位硬件可編硬件地址(圖1)。

從圖1我們可以看到，每一路LED都是由一個(gè)單獨的8bit/256階的PWM來(lái)控制，且由于PWM足夠快，使其理論上可以通過(guò)它所驅動(dòng)的四個(gè)LED混出任意顏色的光。除了每一路單獨的PWM，PCA9633還提供了一個(gè)Group PWM，通過(guò)它我們可以用來(lái)控制所調混色光的亮度及頻率，彌補了只調單個(gè)PWM不能實(shí)現的一些功能。那么PCA9633究竟如何來(lái)實(shí)現調光呢?秘密還是在PWM上面。如果不使用PWM，那么它只能完成開(kāi)和關(guān)的動(dòng)作;低速的PWM只能實(shí)現LED閃爍，并不足以達到混色的目的;高速的PWM就可以實(shí)現RGB混色;如果PWM速度可控，那么就可以實(shí)現閃爍和混色的雙重功能。而且通過(guò)可控的8bit/256階PWM，加大了色階提升了色彩的層次感(見(jiàn)圖2)。

知道了混色的原理，那么一個(gè)具體的色彩又是如何產(chǎn)生的呢?我們知道人眼對色彩的感知是各種色彩亮度均值的疊加，我們可以通過(guò)控制PCA9633每個(gè)PWM的占空比，去控制所驅動(dòng)LED的亮度。根據三基色原理，如果我們驅動(dòng)的是RGB(或者RGBA)LED，那么通過(guò)調節這三個(gè)LED的不同光亮，就可以得到所要的色彩。圖3是PCA9633控制RGB 三個(gè)LED來(lái)調粉色光的例子。

通過(guò)以上的描述，我們基本知道了PCA9633的內部結構和驅動(dòng)原理。下面我們將會(huì )以PCA9633固定I2C地址的幾個(gè)應用，來(lái)進(jìn)一步理解這種LED控制器的優(yōu)勢所在。