引言
隨著半導(dǎo)體照明行業(yè)日異更新的步伐，具有壽命長，能耗低，應(yīng)用靈活，環(huán)保無害等眾多優(yōu)點(diǎn)的高亮LED正在孕育一場新的產(chǎn)業(yè)革命—照明革命，使我們的生活與工作環(huán)境魅力四射，絢麗多彩。不過，由于LED
LED
LED（Light Emitting Diode）即發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED 的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量。能完成數(shù)十種不同的工作，并且在各種設(shè)備中都能找到它們的身影。例如它們可以組成電子鐘表 表盤上的數(shù)字，從遙控器 傳輸信息，為手表表盤照明并在設(shè)備開啟時(shí)向您發(fā)出提示。 如果將它們集結(jié)在一起，可以組成超大電視屏幕上的圖像，或是用于點(diǎn)亮交通信號(hào)燈。
本身屬于半導(dǎo)體器件的特性，使得LED照明設(shè)計(jì)時(shí)需面臨兩大挑戰(zhàn)——同種顏色的LED具有多種型號(hào)規(guī)格以及LED的性能隨溫度而降低的特性。這就要求照明工程師在進(jìn)行LED照明混色設(shè)計(jì)時(shí)，必須做LED型號(hào)規(guī)格和溫度補(bǔ)償?shù)目紤]。LED型號(hào)規(guī)格和溫度補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)不但算法復(fù)雜，而且還要求照明工程師有比較專業(yè)的色彩學(xué)理論知識(shí)。這使得很多照明設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)采用指定型號(hào)規(guī)格的LED的方法來回避復(fù)雜的LED型號(hào)規(guī)格補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)。但是這會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)帶來成本的增加，因?yàn)長ED供應(yīng)商通常會(huì)多收10%的指定費(fèi)。為了幫助廣大的照明設(shè)計(jì)工程師解決LED混色設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)，本文介紹了一種基于賽普拉斯的EZ-Color控制器不需要指定LED型號(hào)規(guī)格，而且能快速簡單完成一個(gè)性能優(yōu)良的高亮LED照明混色設(shè)計(jì)方案。
EZ-Color控制器
EZ-Color控制器是Cypress生產(chǎn)的專門針對高亮LED照明混色應(yīng)用的可編程片上系統(tǒng)芯片。它主要由8位微處理器，可編程模擬模塊和數(shù)字模塊，外加硬件乘法累加器，I2C，F(xiàn)lash, SRAM等周邊外圍模塊組成，如圖1所示。
圖1：EZ-Color控制器的功能框圖
因此，EZ-Color控制器除了能實(shí)現(xiàn)一般LED混色系統(tǒng)的計(jì)算控制功能之外，還可通過可編程模擬和數(shù)字模塊根據(jù)混色系統(tǒng)的具體要求靈活地實(shí)現(xiàn)所需的模擬與數(shù)字外圍功能。例如，可以通過內(nèi)部集成了16個(gè)可編程數(shù)字模塊的EZ-Color控制器CY8CLED16實(shí)現(xiàn)多至16路LED控制通道的LED照明混色系統(tǒng)，也可以設(shè)計(jì)成32位分辨率的4路LED控制通道的照明混色系統(tǒng)。為了方便用戶簡單而快速地實(shí)現(xiàn)高亮LED混色設(shè)計(jì)，Cypress基于EZ-Color控制器和無代碼設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建了三色LED混色模塊。這個(gè)混色模塊將PSoC內(nèi)部寄存器的配置，可編程模塊的內(nèi)部連線，包含LED型號(hào)規(guī)格和溫度補(bǔ)償算法軟件都已設(shè)計(jì)好了。當(dāng)用戶需要設(shè)計(jì)照明混色系統(tǒng)，只需像windows操作一樣將三色LED混色驅(qū)動(dòng)選中后拖放到PSoC express的設(shè)計(jì)區(qū)里，所有的照明混色軟件都將自動(dòng)生成。
高亮LED照明混色方案的實(shí)現(xiàn)
基于PSoC express的混色方案實(shí)現(xiàn)機(jī)制
EZ-Color高亮LED照明混色設(shè)計(jì)是基于賽普拉斯的無代碼圖形化設(shè)計(jì)軟件—PSoC express實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)用戶要完成某個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，只需進(jìn)行簡單地操作即可，第一步是輸入，輸出驅(qū)動(dòng)的選擇;第二步是定義輸出與輸入的行為關(guān)系或傳遞函數(shù)關(guān)系。EZ-Color混色方案也不例外，也是由輸入，輸出驅(qū)動(dòng)和傳遞函數(shù)關(guān)系構(gòu)成，如圖2所示。
圖2：EZ-Color方案實(shí)現(xiàn)機(jī)制圖
從上面的實(shí)現(xiàn)機(jī)制圖可以看到，EZ-Color的LED混色方案是采用(x,y,Y)表示輸入，輸出是RGB三色LED，其中三色LED 的硬件驅(qū)動(dòng)采用了SSDM(隨機(jī)信號(hào)強(qiáng)度調(diào)制)用戶模塊。輸入的(x,y,Y)是按照CIE 1931色度圖的表征方法來表示EZ-Color的顏色輸入請求信息，即x,y代表色調(diào)和色飽和度，反映顏色的色度信息，而Y代表光通量，反映顏色的亮度信息。SSDM用戶模塊是賽普拉斯的PrISM(精確照信號(hào)強(qiáng)度調(diào)制)技術(shù)的硬件實(shí)現(xiàn)。PrISM技術(shù)是賽普拉斯專有的LED亮度調(diào)節(jié)技術(shù)，它可有效地解決電磁干擾和低頻閃爍問題。
PrISM技術(shù)
傳統(tǒng)的LED亮度控制都是用脈沖寬度調(diào)制信號(hào)(PWM信號(hào))來實(shí)現(xiàn)的，通過改變占寬比來實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)的。這種亮度調(diào)節(jié)方法簡單，但是由于PWM信號(hào)是高低電平固定變化的信號(hào)，因此它的諧波成份非常豐富，電磁干擾大。同時(shí)當(dāng)用低頻的PWM信號(hào)進(jìn)行亮度控制時(shí)，人眼會(huì)覺察到燈光在閃爍。
EZ-Color方案的亮度控制采用了Cypress的專有的PrISM技術(shù)。相比于PWM控制方法它可有效地解決電磁干擾與低頻閃爍問題。如圖3所示，PrISM技術(shù)通過將隨機(jī)計(jì)數(shù)器
計(jì)數(shù)器
計(jì)數(shù)器是一種具有多種測量功能、多種用途的電子計(jì)數(shù)器。它可以測量頻率、周期、時(shí)間間隔、頻率比、累加計(jì)數(shù)、 計(jì)時(shí)等；配上相應(yīng)的插件，還可以測量相位、電壓等。一般我們把凡具有測頻和測周兩種以上功能的計(jì)數(shù)器都?xì)w類為通用計(jì)數(shù)器。
與用戶所要求的信號(hào)強(qiáng)度寄存器的值進(jìn)行比較，如果隨機(jī)計(jì)數(shù)器里的值小于信號(hào)強(qiáng)度值時(shí)，就輸出高電平信號(hào)，大的時(shí)候就輸出低電平，從而產(chǎn)生高低電平寬度隨機(jī)變化的精確照明脈沖信號(hào)。
圖3：PrISM技術(shù)實(shí)現(xiàn)框圖
高低電平寬度隨機(jī)變化的精確照明信號(hào)使得強(qiáng)度脈沖信號(hào)非周期性。脈沖信號(hào)的非周期性的直接好處是信號(hào)的頻譜連續(xù)而且幅度小，如圖4所示。同時(shí),PrISM高低電平信號(hào)是隨機(jī)變化的，因此不會(huì)出現(xiàn)低頻的PWM信號(hào)由于其高低電平信號(hào)緩慢變化所引起的人眼能覺察到的低頻閃爍問題。
圖4：PWM信號(hào)與PrISM信號(hào)的頻譜圖
PSoC express設(shè)計(jì)與實(shí)時(shí)調(diào)試
PSoC express可幫助用戶簡化并直觀地完成高亮LED混色應(yīng)用程序的開發(fā)和設(shè)計(jì)，在線調(diào)試功能。下面以賽普拉斯的EZ-Color開發(fā)板
開發(fā)板
開發(fā)板是基于單片機(jī)來進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的電路板，通常是由開發(fā)者根據(jù)具體需要來定制或者設(shè)計(jì)的。開發(fā)板是一套硬件系統(tǒng)，包括了CPU、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、數(shù)據(jù)通路和外部資源接口等。
RGB-3261A為例描述如何用PSoC express進(jìn)行混色設(shè)計(jì)和調(diào)試。
A. 打開PSoC express軟件，創(chuàng)建并命名一個(gè)新的工程項(xiàng)目。
B. 從“輸出驅(qū)動(dòng)器”列表中的High Brightness LED下面選擇Triple Luxeon K2顏色混合驅(qū)動(dòng)器，并將其拖到工作區(qū)中(見圖5)。在拖到工作區(qū)釋放后，PSoC express會(huì)彈出一個(gè)添加輸出驅(qū)動(dòng)器窗口。這個(gè)時(shí)候輸入驅(qū)動(dòng)器ColorMixer作為HBLED驅(qū)動(dòng)名稱后，點(diǎn)擊“ok”即可。
圖5：輸出驅(qū)動(dòng)器列表
C. 當(dāng)HBLED窗口出現(xiàn)時(shí)，可從關(guān)聯(lián)的溫度傳感器
傳感器
凡是利用一定的物性（物理、化學(xué)、生物）法則、定理、定律、效應(yīng)等把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號(hào)”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的系統(tǒng)”。傳感器是傳感系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。
列表選擇“熱敏電阻
電阻
電阻，物質(zhì)對電流的阻礙作用就叫該物質(zhì)的電阻。電阻小的物質(zhì)稱為電導(dǎo)體，簡稱導(dǎo)體。電阻大的物質(zhì)稱為電絕緣體，簡稱絕緣體。