تقنية I2C في برنامج تشغيل LED

“الآن يمكن رؤية شاشات LED في كل مكان في الشارع ، بالإضافة إلى مصابيح LED المزخرفة وأضواء السيارة LED ، ويمكن رؤية مصابيح LED في كل مكان ، وتم دمج LED في كل ركن من أركان الحياة. LED هي بلا شك واحدة من أكثر التطبيقات سخونة في الوقت الحاضر ، سواء كانت أجهزة محمولة أو وحدات تحكم ألعاب أو أضواء نيون أو لوحات إعلانية ، وما إلى ذلك ، فإن الألوان المبهرة والإضاءة عالية الجودة يمكن أن تجذب انتباه الناس دائمًا في المرة الأولى. في مواجهة العديد من وحدات التحكم LED الحالية ، فإن كيفية اختيار منتج غني بالميزات وفعال من حيث التكلفة لتلبية تصميمهم الخاص يمثل بلا شك مشكلة لكل مصمم.

“

الآن يمكن رؤية شاشات LED في كل مكان في الشارع ، بالإضافة إلى مصابيح LED المزخرفة وأضواء السيارة LED ، ويمكن رؤية مصابيح LED في كل مكان ، وتم دمج LED في كل ركن من أركان الحياة. LED هي بلا شك واحدة من أكثر التطبيقات سخونة في الوقت الحاضر ، سواء كانت أجهزة محمولة أو وحدات تحكم ألعاب أو أضواء نيون أو لوحات إعلانية ، وما إلى ذلك ، فإن الألوان المبهرة والإضاءة عالية الجودة يمكن أن تجذب انتباه الناس دائمًا في المرة الأولى. في مواجهة العديد من وحدات التحكم LED الحالية ، فإن كيفية اختيار منتج غني بالميزات وفعال من حيث التكلفة لتلبية تصميمهم الخاص يمثل بلا شك مشكلة لكل مصمم.

أبسط سائق LED ، يمكننا استخدام I / O العادي لتحقيقه. ومع ذلك ، لا يمكن لعنصر التحكم في الإدخال / الإخراج إلا أن يدرك تشغيل وإيقاف تشغيل مؤشر LED ، ولا يمكن استخدامه لوظائف مثل خلط الضوء والوميض ، ويحتاج كل LED إلى احتلال مورد إدخال / إخراج منفصل ، وهو بلا شك تكلفة كبيرة- فعال. يمكننا أيضًا استخدام وحدة تحكم LED عالية التيار مخصصة للتصميم ، لكن التكلفة الباهظة ستصبح مشكلة أولاً ، والتصميم معقد ، وستزداد الدرجة وفقًا لظهور الاضطرابات المختلفة.

بناءً على ذلك ، أطلقت NXP سلسلة من برامج تشغيل LED باستخدام واجهة I2C ، والتي يمكنها التحكم في التشغيل / الإيقاف والوميض ومزج RGB لمصابيح LED التي تتراوح من 4 إلى 24 في نفس الوقت من خلال سطري واجهة I2C. في مخطط الإضاءة المختلط ، يتم تشغيل كل LED بواسطة 8 بت / 256 مرحلة مستقلة PWM. حاليًا ، يتراوح التيار لكل LED الذي يمكن تشغيله بواسطة الشريحة نفسها من 25mA إلى 100mA. بالطبع ، بالنسبة لبعض التطبيقات عالية التيار ، نحتاج فقط إلى استخدام FET خارجي لتحقيق ذلك.

تزيد طريقة التحكم في LED القائمة على I2C من راحة ومرونة التصميم ، كما تقلل من الاستثمار في البرامج والأجهزة ، مما يجعل مصباح LED الغامض يبدو بسيطًا ومثيرًا بالنسبة لنا. أدناه ، سوف نأخذ برنامج التشغيل NXP LED PCA9633 كمثال ، ونوضح بشكل شامل مزايا برنامج تشغيل LED هذا من خلال العديد من التطبيقات البسيطة. PCA9633 عبارة عن برنامج تشغيل رباعي LED ، ويمكن لكل قناة تشغيل تيار بحد أقصى 25 مللي أمبير ، وتوفر عنوان I2C اختياريًا ثابتًا وعنوان جهاز قابل للبرمجة 4 بت أو 7 بت اعتمادًا على الحزمة (الشكل 1).

من الشكل 1 ، يمكننا أن نرى أن كل LED يتم التحكم فيه بواسطة 8bit / 256-stage PWM منفصلة ، ولأن PWM سريع بما فيه الكفاية ، يمكنه نظريًا مزج أي لون من خلال المصابيح الأربعة التي يقودها. الضوء. بالإضافة إلى كل PWM فردي ، يوفر PCA9633 أيضًا مجموعة PWM ، والتي يمكننا من خلالها استخدامها للتحكم في سطوع وتردد الضوء الملون المختلط ، والذي يعوض عن بعض الوظائف التي لا يمكن تحقيقها من خلال ضبط PWM واحد فقط. إذن كيف تدرك PCA9633 التعتيم؟ السر لا يزال على PWM. إذا لم يتم استخدام PWM ، فيمكنه إكمال إجراءات التشغيل والإيقاف فقط ؛ يمكن لـ PWM منخفضة السرعة تحقيق وميض LED فقط ، وهو ما لا يكفي لتحقيق الغرض من خلط الألوان ؛ يمكن لـ PWM عالي السرعة تحقيق خلط ألوان RGB ؛ إذا كان PWM يمكن التحكم في السرعة ، ثم يمكنها تحقيق وظائف مزدوجة من الوميض واختلاط الألوان. ومن خلال 8 بت / 256 خطوة PWM التي يمكن التحكم فيها ، يتم زيادة مستوى اللون لتحسين طبقات اللون (انظر الشكل 2).

بمعرفة مبدأ خلط الألوان ، كيف يأتي لون معين؟ نحن نعلم أن إدراك العين البشرية للون هو تراكب متوسط ​​السطوع للألوان المختلفة. يمكننا التحكم في سطوع LED المتحرك من خلال التحكم في دورة العمل لكل PWM من PCA9633. وفقًا لمبدأ الألوان الأساسية الثلاثة ، إذا قمنا بتشغيل مصابيح LED RGB (أو RGBA) ، فيمكن الحصول على اللون المطلوب عن طريق ضبط السطوع المختلف لمصابيح LED الثلاثة هذه. الشكل 3 هو مثال على PCA9633 يتحكم في ثلاثة مصابيح LED RGB لضبط الضوء الوردي.

من خلال الوصف أعلاه ، نعرف بشكل أساسي الهيكل الداخلي ومبدأ القيادة لـ PCA9633. أدناه سوف نستخدم عدة تطبيقات لعنوان PCA9633 I2C الثابت لفهم مزايا وحدة التحكم LED هذه بشكل أكبر.

بالنسبة للتطبيق الأول ، سنستخدم PCA9633 للتحكم في شريط السطوع. نحن نعلم أن التطبيقات مثل أشرطة السطوع تتطلب غالبًا توصيل عدد كبير من مصابيح LED في سلسلة. إذا تم استخدام واجهة واحدة للتحكم في كل مصباح LED ، فستزداد التكلفة وتعقيد البرامج بشكل كبير. مع I2C ، مطلوب سطرا تحكم فقط في الأجهزة ، ولا يلزم سوى أمر بايت واحد في البرنامج ، والذي يمكن التحكم فيه بسهولة. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لتميز عنوان جهاز I2C ، يمكن استخدام العديد من أجهزة PCA9633 للتحكم في عدد مصابيح LED التي يتم تشغيلها. إذا كان تيار القيادة لـ PCA9633 نفسه غير كافٍ في التطبيق العملي ، فيمكن حله بسهولة عن طريق إضافة FET على الأطراف. بالإضافة إلى ذلك ، فإن Group PWM الفريدة من نوعها في PCA9633 تجعل من السهل التحكم في شدة الضوء وميض شريط السطوع بأكمله. ما يلي هو مخططها التخطيطي (انظر الشكل 4) ، حيث يتم توفير سيد I2C بواسطة النظام ، والذي يمكن أن يكون MCU أو دائرة منطقية.

النصف الأيسر من الشكل 4 هو I2C الرئيسي ، والذي لن يتم وصفه بالتفصيل. أعلى اليمين هو المقاوم المحدد للتيار LED ، وعادة ما يكون الجهد الأمامي للـ LED حوالي 3 فولت ، وستكون هناك بعض الاختلافات باختلاف الألوان وعمليات التصنيع. يمكننا حساب قيمة هذا المقاوم المحدد الحالي من خلال تيار LED المطلوب: R = (Vsupply-Vfsum) / If. إذا كان تيار LED المطلوب أكبر من 25 مللي أمبير ، فإن FET المضافة في الصورة يمكن أن تحل هذه المشكلة بسهولة. عندما نضيف FET ، نحتاج فقط إلى ضبط OUTDRV للسجل المقابل لـ PCA9633 إلى مرتفع ليكون مختلفًا عن قيمته الافتراضية.

الآن يمكننا أن نرى أن PCA9633 يستخدم للتحكم في العديد من مصابيح LED ، الرسم التخطيطي بسيط للغاية ، كما أنه من الملائم ضبط السجلات في البرنامج. يوفر PCA9633 سجلات داخلية بسيطة وكاملة ، مثل إعدادات هيكل خرج LED ، وإعدادات وضع توفير الطاقة ، وإعدادات وضع تمكين الشريحة ، وإعدادات حالة خرج LED ، وإعدادات تسجيل التحكم لكل PWM و Group PWM. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر PCA9633 أيضًا بت زيادة إعداد التسجيل ، أي إذا قمنا بتعيين هذا البت ، فيمكننا إكمال التكوين المتسلسل لجميع السجلات الداخلية من خلال تسلسل التعليمات ، والذي يكون مفيدًا جدًا في بعض التطبيقات المحددة ، ويمكن زيادة الحد الأقصى موارد البرامج والنظام. أدناه ، سنستخدم مثالًا آخر لتوضيح إعداد السجلات الداخلية.

المثال الثاني هو أننا نستخدم PCA9633 لإكمال وظيفة التنفس الضوئي. على الرغم من أن PCA9633 لا يحتوي على وحدة ضوء التنفس ، إلا أنه يمكننا تنفيذ هذه الوظيفة من خلال بعض إعدادات التسجيل البسيطة ، والتي بلا شك تتمتع بميزة تكلفة كبيرة مقارنة بشريحة ضوء التنفس المخصصة. لتسهيل الشرح ، نستخدم فقط PCA9633 للتحكم في حركة التنفس لمصباح LED. الرسم التخطيطي بسيط للغاية ، والذي تم حذفه هنا. يتم تحقيق الغرض من التنفس من خلال التحكم في عملية السطوع والتعتيم التدريجي لهذا الصمام. لتحقيق هذه الوظيفة ، سيكون PWM المستقل لـ PCA9633 هو العامل الأكثر أهمية. كما ذكرنا من قبل ، يتم التحكم في كل مصباح LED بواسطة 8bit / 256-stage PWM ، مما يعني أن كل ضوء يحتوي على 256 مستوى ضوء وظلام قابل للتعديل ، والتي يمكن أن تدرك بشكل مثالي وظيفة التنفس. على وجه التحديد ، نقوم بذلك عن طريق التحكم في دورة عمل PWM. إذا تم التحكم في مؤشر LED الخاص بنا عن طريق PWM0 من PCA9633 ، فإن دورة عمل PWM0 ستحدد سطوع هذا LED: ساطع (دورة العمل) = PWM0[7: 0]/ 256.

في هذه المرحلة ، تكتمل عملية التنفس بالكامل ، وببعض إعدادات التسجيل البسيطة ، يمكن عمل ما يبدو وكأنه نظام معقد فقط أو شريحة مخصصة. من المثالين أعلاه ، يمكننا أن نرى أن استخدام برنامج تشغيل I2C LED الخاص بـ NXP بسيط للغاية وسهل التشغيل في كل من الأجهزة والبرامج ، والوظائف التي يمكن تحقيقها مع هذه الأجهزة ليست أفضل من بعض الأنظمة والرقائق الاحتكارية أقل شأنا.

باختصار ، يوفر برنامج تشغيل NXP I2C LED حل تصميم LED فعال من حيث التكلفة. وبالمقارنة مع GPIO أو برنامج تشغيل LED مخصص ، فهو لا يوفر موارد النظام فحسب ، بل يقلل أيضًا بشكل كبير من تكلفة التصميم وتعقيده ، ويمكن أن يحسن بشكل فعال موثوقية التصميم و محرك التوحيد الخفيف. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يساعدنا استخدام محركات LED هذه بشكل فعال في تقليل دورات التصميم وتحسين مرونة التصميم.

يمكن لـ NXP حاليًا تزويد العملاء بمحركات I2C LED تتراوح من 4 قنوات إلى 24 قناة ، وقد تم استخدامها في مجالات مختلفة مثل السيارات والأجهزة المنزلية والاتصالات. على الرغم من أنه يمكن رؤية مصابيح LED في كل مكان في الحياة ، إلا أنه لا تزال هناك بعض أوجه القصور في مصابيح LED التي تتطلب من المصممين لدينا المزيد من احتياطيات المعرفة المهنية ، حتى نتمكن من تصميم منتجات تتماشى بشكل أكبر مع احتياجات الحياة.