LED 是一種性能優良的顯示 器件,具有壽命長、節電、高亮度、多種發光顏色、響應速度快和驅動 電壓低等優點,在節省能源的同時還可以通過PWM器件調節LED發光強度,依據R、G、B三原色混光原理調出多種顏色,再通過MCU 智能控制實現多種顯示效果。現正大量應用于城市亮化、建筑景觀照明、舞臺燈光設計等領域。

　　本設計方案采用恩智浦半導體 (NXP)的電源管理芯片 、微控制器 、I2C器件、LED驅動 器件,為LED燈 光系統設計提供全套的方案設計。

　　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總線驅動芯片。

　　主要應用：

　　1. 點光源：應用LED彩色屏顯示原理,將其像素放大,降低整體造價成本,每個模塊為一個彩色像素點。應用環境：酒吧、KTV、舞臺、商場、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：每條燈管由多個彩色像素點(RGB)組成,每個單色像素點可產生256個灰度級的變化。應用環境：立交橋、河道護欄、建筑外墻等不同場所的裝飾照明。

　　系統硬件設計：

　　LED彩燈控制系統主要包含驅動模塊、控制模塊、LED電源 三部分。

　　1. 驅動模塊設計

　　如何實現讓LED模塊 呈現不同的顏色,主要依靠人的視覺間歇惰性原理,利用對R、G、B三原色的LED的占空比實現顏色的混合。本設計方案的LED顏色顯示主要依靠NXP公司的I2C接口 LED閃爍/混光驅動芯片PCA9633(PCA9633-4位PWM輸出,PCA9634-8位PWM輸出,PCA9635-16位PWM輸出)輸出256灰度級的顏色來實現彩色顯示?？刂破髦恍枰獋魉驮撃K的RGB顏色的灰度值即可實現顏色顯示。

　　PCA9633是I2C總線控制的可編程PWM輸出的四位LED驅動器件,主要應用于LEDRGB/RGBA(Red/Green/Blue/Amber)混光,主要性能指標如下：

　　1. 4路LED驅動,每路驅動可以通過軟件編程為四種狀態,分別是：開、關、可編程PWM閃爍控制輸出、可編程每路灰度級別,同時支持四路整體亮度調節的PWM混光輸出。

　　2. 調光控制,PWM輸出頻率97kHz,每路有256個灰度級別。

　　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輸出對四路PWM輸出整體亮度256級調節。

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

　　6. 7個硬件地址設定引腳,同一I2C總線最大可接126片。

　　7. 每片PCA9633有四個可編程軟件地址：一個全部響應地址和三個子地址。

　　8. 內置25MHz晶振和上電復位電路,也可通過I2C總線實現軟件復位。

　　9. SDA/SCL內置噪聲濾波器,支持1MHz的I2C快速模式。

　　10. 支持熱插入,低待機電流,支持電壓范圍：2.3~5.5V。

　　下圖為驅動單元的設計,其中紅綠藍3色LED的數量可以是多個的,根據自己的設計要求可以選擇并聯或串聯的方式,再按照LED的連接方式及電壓/電流等要求選擇適合的開關 管即可,少量的LED也可用PCA9633直接驅動,具體參數見PCA9633資料。驅動模塊通過PCA9633的A6~A0管腳設定訪問地址,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塊調光驅動模塊。

　　2. 控制模塊設計

　　控制模塊如下圖所示,主要作用是通過MCU對I2C總線上所有調光模塊 進行控制,以實現各種顯示效果,P82B96為I2C總線驅動芯片,用來提高總線驅動能力,傳輸速率在20~50kbps時,傳輸距離可達1km。MCU可根據實際的系統要求進行選擇,在控制總線器件調光的同時還可以加入其它的操作,例如顯示圖像處理、與PC通信 、擴展存儲空間等等。

　　控制模塊與驅動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

　　電源部分要根據具體的LED數量及連接方式等因素確定具體參數,下圖為采用NXP STARplug系列芯片的LED電源方案,該方案設計簡單,體積小,寬電壓輸入,低成本,低損耗等優點,被廣泛應用于LED領域。