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 的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子和空穴就會被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(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，或是用于點亮交通信號燈。
本身屬于半導(dǎo)體器件的特性，使得LED照明設(shè)計時需面臨兩大挑戰(zhàn)——同種顏色的LED具有多種型號規(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行LED照明混色設(shè)計時，必須做LED型號規(guī)格和溫度補償?shù)目紤]。LED型號規(guī)格和溫度補償算法設(shè)計不但算法復(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。這使得很多照明設(shè)計工程師在設(shè)計生產(chǎn)時采用指定型號規(guī)格的LED的方法來回避復(fù)雜的LED型號規(guī)格補償算法設(shè)計。但是這會給整個系統(tǒng)帶來成本的增加，因為LED供應(yīng)商通常會多收10%的指定費。為了幫助廣大的照明設(shè)計工程師解決LED混色設(shè)計的挑戰(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型號規(guī)格，而且能快速簡單完成一個性能優(yōu)良的高亮LED照明混色設(shè)計方案。
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控制器除了能實現(xiàn)一般LED混色系統(tǒng)的計算控制功能之外，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個可編程數(shù)字模塊的EZ-Color控制器CY8CLED16實現(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現(xiàn)高亮LED混色設(shè)計，Cypress基于EZ-Color控制器和無代碼設(shè)計軟件構(gòu)建了三色LED混色模塊。這個混色模塊將PSoC內(nèi)部寄存器的配置，可編程模塊的內(nèi)部連線，包含LED型號規(guī)格和溫度補償算法軟件都已設(shè)計好了。當(dāng)用戶需要設(shè)計照明混色系統(tǒng)，只需像windows操作一樣將三色LED混色驅(qū)動選中后拖放到PSoC express的設(shè)計區(qū)里，所有的照明混色軟件都將自動生成。
高亮LED照明混色方案的實現(xiàn)
基于PSoC express的混色方案實現(xiàn)機制
EZ-Color高亮LED照明混色設(shè)計是基于賽普拉斯的無代碼圖形化設(shè)計軟件—PSoC express實現(xiàn)的。當(dāng)用戶要完成某個系統(tǒng)的設(shè)計時，只需進行簡單地操作即可，第一步是輸入，輸出驅(qū)動的選擇;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)動和傳遞函數(shù)關(guān)系構(gòu)成，如圖2所示。
圖2：EZ-Color方案實現(xiàn)機制圖
從上面的實現(xiàn)機制圖可以看到，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)動采用了SSDM(隨機信號強度調(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(精確照信號強度調(diào)制)技術(shù)的硬件實現(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(PWM信號)來實現(xiàn)的，通過改變占寬比來實現(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信號是高低電平固定變化的信號，因此它的諧波成份非常豐富，電磁干擾大。同時當(dāng)用低頻的PWM信號進行亮度控制時，人眼會覺察到燈光在閃爍。
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)通過將隨機計數(shù)器
計數(shù)器
計數(shù)器是一種具有多種測量功能、多種用途的電子計數(shù)器。它可以測量頻率、周期、時間間隔、頻率比、累加計數(shù)、 計時等；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數(shù)器都歸類為通用計數(shù)器。
與用戶所要求的信號強度寄存器的值進行比較，如果隨機計數(shù)器里的值小于信號強度值時，就輸出高電平信號，大的時候就輸出低電平，從而產(chǎn)生高低電平寬度隨機變化的精確照明脈沖信號。
圖3：PrISM技術(shù)實現(xiàn)框圖
高低電平寬度隨機變化的精確照明信號使得強度脈沖信號非周期性。脈沖信號的非周期性的直接好處是信號的頻譜連續(xù)而且幅度小，如圖4所示。同時,PrISM高低電平信號是隨機變化的，因此不會出現(xiàn)低頻的PWM信號由于其高低電平信號緩慢變化所引起的人眼能覺察到的低頻閃爍問題。
圖4：PWM信號與PrISM信號的頻譜圖
PSoC express設(shè)計與實時調(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，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)板是基于單片機來進行系統(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)計的。開發(fā)板是一套硬件系統(tǒng)，包括了CPU、存儲器、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進行混色設(shè)計和調(diào)試。
A. 打開PSoC express軟件，創(chuàng)建并命名一個新的工程項目。
B. 從“輸出驅(qū)動器”列表中的High Brightness LED下面選擇Triple Luxeon K2顏色混合驅(qū)動器，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會彈出一個添加輸出驅(qū)動器窗口。這個時候輸入驅(qū)動器ColorMixer作為HBLED驅(qū)動名稱后，點擊“ok”即可。
圖5：輸出驅(qū)動器列表
C. 當(dāng)HBLED窗口出現(xiàn)時，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”。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)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關(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。