一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片

摘要

本发明公开一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片，其主要包括颜色控制电路、色差补偿校验电路、最小呼吸周期控制电路、自动呼吸控制电路、时间存储器、DAC模块、LED恒流源控制电路以及输出级驱动电路。本发明内置多重嵌套PWM一次编程模式，可以实现循环自动呼吸，本发明还通过颜色控制电路和色差补偿校验电路获取准确的颜色信息，时间存储器决定呼吸时间，最小呼吸周期控制电路和自动呼吸控制电路实现亮度变化，自动呼吸；即本发明可以实现颜色、时间和亮度三者的独立控制，并且具有消耗系统资源少的优点。

权利要求

1.一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片，包括依次相连的通讯模块、DAC模块、LED恒流源控制电路和输出级驱动电路，该输出级驱动电路与LED灯组相连；其特征在于，该驱动芯片还包括配置寄存器、临时存储器、颜色控制电路、色差补偿校验电路、最小呼吸周期控制电路、自动呼吸控制电路和时间存储器；该通讯模块接收外部数字信号并传递数字信息给配置寄存器，该配置寄存器将处理结果存入临时存储器中；该配置寄存器具有全自动呼吸模式和半自动呼吸模式；该颜色控制电路设置在通讯模块与临时存储器之间，该色差补偿校验电路与颜色控制电路相连，该时间存储器与通讯模块相连并把呼吸时间的信息输入到最小呼吸周期控制电路，该最小呼吸周期控制电路与时间存储器和临时存储器均相连并产生最小周期，该自动呼吸控制电路的输入端与时间存储器、临时存储器和最小呼吸周期控制电路相连，该自动呼吸控制电路的输出端与输出级驱动电路相连。

2.如权利要求1所述的一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片，其特征在于，该通讯模块

2 2

具有IC模块、SPI模块和选择器，该IC模块和SPI模块并联后与选择器相连。

3.如权利要求1所述的一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片，其特征在于，该颜色控制电路具有依次相连的颜色存储器、第一数字比较器和第一计数器，该第一计数器还与颜色存储器相连，该颜色存储器与通讯模块相连并接收来自通讯模块的数据，该颜色存储器的存储空间分为3组；该第一数字比较器将颜色存储器中的3组数据进行比较再由小到大依次送入第一计数器，该第一计数器在接收到任一组数据时均不断进行计数，并在计数值与该组数据相同时产生PWM信号并发送至颜色存储器，即依次产生3个内置的PWM信号。

4.如权利要求3所述的一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片，其特征在于，该颜色存储器由24bit寄存器组成，每8bit为一组。

5.如权利要求3所述的一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片，其特征在于，该色差补偿校验电路具有温度感应电路和占空比补偿电路，该占空比补偿电路具有A/D转换电路和第四计数器，该温度感应电路、A/D转换电路、第四计数器和第一计数器依次相连，该温度感应电路产生一个随温度变化的电流并输入至A/D转换电路，该A/D转换电路进行模数转换后输入至第四计数器，该第四计数器产生温度补偿的数据再送回至第一计数器。

6.如权利要求1所述的一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片，其特征在于，该时间存储器包括并联设置的呼吸启动时间寄存器、呼吸上升时间寄存器、呼吸停滞时间寄存器、呼吸下降时间寄存器、呼吸等待时间寄存器、时间更新寄存器和呼吸次数寄存器，该时间更新寄存器用于更新时间存储器中的所有数据；该最小呼吸周期控制电路具有分频器和周期译码器，该分频器和周期译码器在接收到时间存储器的数据后，分频器的输出信号会通过周期译码器进行译码以得到一个当前的最小呼吸周期；该自动呼吸控制电路具有第二计数器、第二数字比较器、第三计数器、级数控制器以及全自动半自动控制器；该第三计数器与级数控制器、全自动半自动控制器、第二数字比较器以及输出级驱动电路均相连，该全自动半自动控制器与临时存储器相连，该第二计数器与周期译码器相连并计算各个呼吸阶段的时间，该第二数字比较器用来比较第二计数器的输出值与时间存储器的输入值是否相等，如果相等则表示该阶段的呼吸已经完成；该第三计数器用于计算整个呼吸周期的次数，该级数控制器则控制呼吸上升和下降过程中的阶数。

说明书

一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片

技术领域

[0001] 本发明涉及LED自动呼吸领域，更具体的说涉及一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片。

背景技术

[0002] LED电流从小到大，再从大到小的变化，称为呼吸。呼吸形式可以分为固定颜色呼吸和混合颜色呼吸。所谓固定颜色呼吸，就是保持LED灯颜色不变，循环地改变呼吸的时间。混合颜色呼吸是占空比不断变化，不同占空比组成不同颜色的呼吸过程。通过软件编程，外围分立元件电路的设计，就可以实现上述LED呼吸的效果。呼吸的颜色变化，呼吸的节奏快慢，都可以实时通过软件来监测，并通过更新数据来改变呼吸的状态。目前传统的LED呼吸芯片，采用的就是这种外部PWM模式，利用单片机或者微控制器不断刷新寄存器数据，配合外围分立元件电路的设计来实现呼吸效果。由于呼吸灯效果的实现严重依赖软件的开发，那么在呼吸的过程中就会产生大量的数据，这样就会消耗大量的系统资源。而大量的外围分立元件，使得整个呼吸系统设计的面积较大，成本大幅度增加。现今，LED呼吸芯片在智能手机，笔记本电脑等多媒体便携式电子产品上广泛使用。主要作为呼吸灯，彩灯，指示灯等。
而节省系统的资源与面积，对其至关重要。

[0003] 温度的变化对LED的光色是有影响的。当温度变化时，LED的发光波长也会发生变化，从而直接造成人眼对LED发光颜色的不同感受。对于一个LED器件，发光区材料的禁带宽度值直接决定了器件发光的波长或颜色。温度升高时，材料的禁带宽度值将减小，导致器件的发光波长变长，颜色发生红移。因此，当温度变化时，LED就存在色差的问题。在便携式电子产品实际使用过程中，色差的存在使得产品性能的一致性受到挑战。随着LED呼吸灯在便携式电子产品上的广泛使用，解决色差的问题将是未来发展的趋势，但是目前的LED呼吸芯片并没有解决这个问题。

[0004] 有鉴于此，本发明人针对现有的LED呼吸芯片的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。

发明内容

[0005] 本发明的主要目的在于提供一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片，以解决现有LED呼吸芯片大量消耗系统资源以及颜色失真的问题。

[0006] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

[0007] 一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片，包括依次相连的通讯模块、DAC模块、LED恒流源控制电路和输出级驱动电路，该输出级驱动电路与LED灯组相连；其中，该驱动芯片还包括配置寄存器、临时存储器、颜色控制电路、色差补偿校验电路、最小呼吸周期控制电路、自动呼吸控制电路和时间存储器；该通讯模块接收外部数字信号并传递数字信息给配置寄存器，该配置寄存器将处理结果存入临时存储器中；该配置寄存器具有全自动呼吸模式和半自动呼吸模式；该颜色控制电路设置在通讯模块与临时存储器之间，该色差补偿校验电路与颜色控制电路相连，该时间存储器与通讯模块相连并把呼吸时间的信息输入到最小呼吸周期控制电路，该最小呼吸周期控制电路与时间存储器和临时存储器均相连并产生最小周期，该自动呼吸控制电路的输入端与时间存储器、临时存储器和最小呼吸周期控制电路相连，该自动呼吸控制电路的输出端与输出级驱动电路相连。

[0008] 进一步，该通讯模块具有I2C模块、SPI模块和选择器，该I2C模块和SPI模块并联后与选择器相连。

[0009] 进一步，该颜色控制电路具有依次相连的颜色存储器、第一数字比较器和第一计数器，该第一计数器还与颜色存储器相连，该颜色存储器与通讯模块相连并接收来自通讯模块的数据，该颜色存储器的存储空间分为3组；该第一数字比较器将颜色存储器中的3组数据进行比较再由小到大依次送入第一计数器，该第一计数器在接收到任一组数据时均不断进行计数，并在计数值与该组数据相同时产生PWM信号并发送至颜色存储器，即依次产生3个内置的PWM信号。

[0010] 进一步，该颜色存储器由24bit寄存器组成，每8bit为一组。

[0011] 进一步，该色差补偿校验电路具有温度感应电路和占空比补偿电路，该占空比补偿电路具有A/D转换电路和第四计数器，该温度感应电路、A/D转换电路、第四计数器和第一计数器依次相连，该温度感应电路产生一个随温度变化的电流并输入至A/D转换电路，该A/D转换电路进行模数转换后输入至第四计数器，该第四计数器产生温度补偿的数据再送回至第一计数器。

[0012] 进一步，该时间存储器包括并联设置的呼吸启动时间寄存器、呼吸上升时间寄存器、呼吸停滞时间寄存器、呼吸下降时间寄存器、呼吸等待时间寄存器、时间更新寄存器和呼吸次数寄存器，该时间更新寄存器用于更新时间存储器中的所有数据；该最小呼吸周期控制电路具有分频器和周期译码器，该分频器和周期译码器在接收到时间存储器的数据后，分频器的输出信号会通过周期译码器进行译码以得到一个当前的最小呼吸周期；该自动呼吸控制电路具有第二计数器、第二数字比较器、第三计数器、级数控制器以及全自动半自动控制器；该第三计数器与级数控制器、全自动半自动控制器、第二数字比较器以及输出级驱动电路均相连，该全自动半自动控制器与临时存储器相连，该第二计数器与周期译码器相连并计算各个呼吸阶段的时间，该第二数字比较器用来比较第二计数器的输出值与时间存储器的输入值是否相等，如果相等则表示该阶段的呼吸已经完成；该第三计数器用于计算整个呼吸周期的次数，该级数控制器则控制呼吸上升和下降过程中的阶数。

[0013] 采用上述结构后，本发明涉及一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片，该通讯模块可以写入数据，再通过颜色控制电路定义呼吸的颜色，由时间存储器来定义呼吸的五个阶段的时间、呼吸的周期以及呼吸的次数，再通过最小呼吸周期控制电路来选择最小呼吸周期，数据最后被送入自动呼吸控制电路；另外本发明由DAC模块和LED恒流源控制电路来改变呼吸最大的亮度，而通过自动呼吸控制电路来控制实际亮度；如此本发明最终将颜色、时间和亮度三者结合在一起，通过内置PWM控制，实现三维全彩LED自动呼吸功能；由于所有的计算和分析都是由芯片来完成，在有电源的情况下，甚至不需要任何微控制器，就可以实现呼吸的效果，解决了大量消耗系统资源的问题。

[0014] 另外，本发明还通过设置色差补偿校验电路，如此可以消除色差并解决颜色失真的问题。

附图说明

[0015] 图1为本发明涉及一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片的结构原理图；

[0016] 图2为本发明涉及一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片的具体结构框图；

[0017] 图3为全自动呼吸模式、半自动呼吸模式的示意图；

[0018] 图4为通讯模块时序图。

[0019] 图中：

[0020] LED恒流源控制电路     1      配置寄存器            2

[0021] 全自动呼吸模式        21     半自动呼吸模式        22

[0022] 临时存储器            3      颜色控制电路          4

[0023] 颜色存储器            41     第一计数器            42

[0024] 第一数字比较器        43   色差补偿校验电路      5

[0025] 温度感应电路          51     占空比补偿电路        52

[0026] A/D转换电路           521    第四计数器            522

[0027] 时间存储器            6      呼吸启动时间寄存器    61

[0028] 呼吸上升时间寄存器    62     呼吸停滞时间寄存器    63

[0029] 呼吸下降时间寄存器    64     呼吸等待时间寄存器    65

[0030] 呼吸次数寄存器        66     时间更新寄存器        67

[0031] 最小呼吸周期控制电路  7      分频器                71

[0032] 周期译码器            72     自动呼吸控制电路      8

[0033] 第二计数器            81     第二数字比较器        82

[0034] 第三计数器            83     级数控制器            84

[0035] 全自动半自动控制器    85     输出级驱动电路        9

[0036] DAC模块               10     通讯模块              11

[0037] I2C模块               111    SPI模块               112

[0038] 驱动芯片              200    选择器                113

[0039] LED灯组               300。

具体实施方式

[0040] 为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

[0041] 如图1至图4所示，其为本发明涉及的一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片200，该驱动芯片200至少包括LED恒流源控制电路1、配置寄存器2、临时存储器3、颜色控制电路4、色差补偿校验电路5、时间存储器6、最小呼吸周期控制电路7、自动呼吸控制电路8、输出级驱动电路9、DAC模块10和通讯模块11。其中，该通讯模块11、DAC模块10、LED恒流源控制电路1和输出级驱动电路9依次相连，该输出级驱动电路9与LED灯组300相连，该DAC模块10接收来自通讯模块的数据，产生不同的基准偏置电流，这个电流输入到LED恒流源控制电路1，最后LED恒流源控制电路1输出恒定电流到输出级驱动电路9，实现呼吸过程中最大电流的控制，需要说明的是，对于该输出级驱动电路9、DAC模块10和LED恒流源控制电路1均属于本领域常用技术，对其实现方法在此不做更多的阐述。

[0042] 该通讯模块11接收外部数字信号并传递数字信息给配置寄存器2，该配置寄存器2将处理结果存入临时存储器3中；该配置寄存器2具有全自动呼吸模式和半自动呼吸模式（如图2所示）；该颜色控制电路4设置在通讯模块11与临时存储器3之间，该色差补偿校验电路5与颜色控制电路4相连，该时间存储器6与通讯模块11相连并把呼吸时间的信息输入到最小呼吸周期控制电路7，该最小呼吸周期控制电路7与时间存储器6和临时存储器3均相连并产生最小周期，该自动呼吸控制电路8的输入端与时间存储器6、临时存储器3和最小呼吸周期控制电路7相连，该自动呼吸控制电路8的输出端与输出级驱动电路9相连。

[0043] 这样，本发明涉及一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片200，该通讯模块11可以写入数据，再通过颜色控制电路4定义呼吸的颜色，由时间存储器6来定义呼吸的五个阶段的时间、呼吸的周期以及呼吸的次数，再通过最小呼吸周期控制电路7来选择最小呼吸周期，数据最后被送入自动呼吸控制电路8；另外本发明由DAC模块10和LED恒流源控制电路1来改变呼吸最大的亮度；如此本发明最终将颜色、时间和亮度三者结合在一起，通过内置PWM控制，实现三维全彩LED自动呼吸功能。另外，本发明还通过设置色差补偿校验电路5，如此可以消除色差并解决颜色失真的问题。

[0044] 如图2所示，为本发明涉及的一种三维全彩LED自动呼吸驱动芯片的具体结构框图。通讯模块11包含I2C模块111和SPI模块112两种通讯方式，可以由选择器113来选择使用的通讯方式。数据通讯格式为9比特的字节，当第9比特为0时，选择器113选择来自I2C模块111的数据；当第9比特为1时，选择器113选择来自SPI模块112的数据。该配置寄存器2、临时存储器3、时间存储器6都属于数据存储技术，本发明采用数字锁存器和D触发器来实现，数据存储格式都为8比特。其中，如图2所示，该配置寄存器2包含全自动呼吸模式21和半自动呼吸模式22；这两种模式的控制数据都会被存储到临时存储器3中。

[0045] 如图3所示，该全自动呼吸模式21指多重嵌套PWM一次编程模式中，不断循环的自主呼吸；该半自动呼吸模式22指在多重嵌套PWM一次编程模式中，可以在呼吸过程中停止，而后又继续呼吸。

[0046] 本发明通过颜色控制电路4和色差校验电路5获取准确的颜色信息，作为该颜色控制电路4和色差补偿校验电路5的一种具体实施方式，该颜色控制电路4由颜色存储器41、第一计数器42和第一数字比较器43构成。

[0047] 具体地，该颜色存储器41又由24bit的寄存器组成，每8bit为一组，共3组，每组分别代表红、绿、蓝这三个基本颜色。当这三色的配比不同时，可以产生1600多万种颜色，即256*256*256=16777216。

[0048] 该颜色存储器41接收来自选择器113的数据，颜色存储器41再将数据送入第一数字比较器43，第一数字比较器43对3组数据进行比较，由小到大分3次送入第一计数器42。在本实施例中，第一数字比较器43由8个异或门和若干与非门、或非门组成，3组8bit的寄存器的数值将被一一比较。第一计数器42是一个8bit的计数器，由8个D触发器和若干与非门组成。第一计数器42，在接收到第一组数据后不断进行计数，当计数值与第一组数据相同时，第一计数器42将产生第一个PWM信号，同时会发出一个脉冲到颜色存储器41；此时颜色存储器41将输出一个信号到第一数字比较器43，第一数字比较器43在接收到这个信号后将第二组数据送到第一计数器42，当计数值与第二组数据相同时，第一计数器42会再发出一个脉冲到颜色存储器41，同时产生第二个PWM信号，由于第二个PWM信号比第一个PWM信号占空比大，所以第一个PWM信号不会受到影响；紧接着第三组数据将会被送到第一计数器42，直到计数完成，产生第三个PWM信号，整个过程会一直不断循环，这样就产生了3个内置的PWM信号，从而定义了呼吸时的颜色。

[0049] 该色差补偿校验电路5包括温度感应电路51和占空比补偿电路52，占空比补偿电路52包括A/D转换电路521和第四计数器522，该温度感应电路51、A/D转换电路521、第四计数器522和第一计数器42依次相连，该温度感应电路51会根据温度的不同产生一个变化的电流，这个电流会输入到占空比补偿电路52。本实施例中，该温度感应电路51产生的电流会给一个电容充电，这个电容的电压被作为A/D转换电路521的采样输入，当电流变化时，A/D转换电路521的输出会随着变化，变化的结果会被输入到第四计数器522，第四计数器522会产生带温度补偿的数据，这些数据被输入到第一计数器42，作为颜色存储器41中3组数据的补偿。例如当温度升高时，第一计数器42的第一组数据就会相应自动增大来改变占空比，从而实现了在不同温度下，保持颜色不变。

[0050] 本发明中，在颜色定义好之后，就可以开始定义呼吸的时间。如图2所示，时间存储器6包括呼吸启动时间寄存器61、呼吸上升时间寄存器62、呼吸停滞时间寄存器63、呼吸下降时间寄存器64、呼吸等待时间寄存器65、呼吸次数寄存器66和时间更新寄存器67，该时间更新寄存器67用来更新所有时间存储器中的数据。在本实施例中，该呼吸启动、上升、停滞、下降、等待各阶段的时间均可设置为0.1s的整数倍，最大为256倍，呼吸的时序图可以参看图3所示。

[0051] 设置好呼吸的颜色和时间后，这些数据将被送入最小呼吸周期控制电路7和自动呼吸控制电路8，其中，该最小呼吸周期控制电路7包括分频器71和周期译码器72。分频器71和周期译码器72在接收到时间存储器6的数据后，分频器71将输出不同频率的时钟到周期译码器72，经过周期译码器72的组合，得到呼吸五阶段当前的最小呼吸周期。如本实施例中，若呼吸启动时间0.1s, 呼吸上升时间0.2s, 呼吸停滞时间0.1s, 呼吸下降时间0.2s, 呼吸等待时间0.1s, 那么分频器71将输出不同频率的时钟供给呼吸五个不同阶段使用，其最终最小呼吸周期为0.7s。

[0052] 最小呼吸周期的数据和五个阶段使用的呼吸频率被送入自动呼吸控制电路8，自动呼吸控制电路8包括第二计数器81、第二数字比较器82、第三计数器83、级数控制器84和全自动半自动控制器85。

[0053] 在本实施例中，该第二计数器81接收来自最小呼吸周期控制电路7的数据；当呼吸启动时间输入到第二计数器81后，第二计数器81开始不断计数，并同时将当前的计数值送入第二数字比较器82，当第二计数器81的输出值与呼吸启动时间的输入值相等时，代表呼吸启动时间结束。此时，呼吸上升时间将被送入到第二计数器81，当第二计数器81的输出值与呼吸上升时间的输入值相等时，代表呼吸上升时间也结束了。呼吸停滞时间将被送入到在第二计数器81，直到第二数字比较器82的输入值与呼吸停滞时间的输入值相等，呼吸停滞时间结束，呼吸下降时间/呼吸等待时间的控制方法与呼吸启动时间的控制方法一样，这里均不再赘述。

[0054] 到此，呼吸的时间控制已经实现。进一步，本实施例中呼吸的亮度由级数控制器84来实现。在呼吸上升的过程中，呼吸上升时间将被分为32段。第一段占空比最小为0，最后一段占空比最大为1。占空比不同，电流的大小就不一样，亮度就会变化。在32段上升时间的各个阶段，级数控制器84存储着32个数据，这32个数据代表不同的亮度，最后被送入第三计数器83。呼吸下降的过程与上升的过程刚好相反，但控制方法一样，这里也不再赘述。

[0055] 在本实施例中，若呼吸周期是最小呼吸周期的倍数，可以通过第三计数器83来实现控制。第三计数器83可以计算整个呼吸周期的过程中最小呼吸周期的个数，从而达到控制呼吸次数的目的。自动呼吸控制电路8还包括全自动半自动控制器85。其中全自动控制器，使用内置数字逻辑将第二数字比较器82，第二计数器81，第三计数器83，级数控制器84有效的结合在一起；半自动控制器，可以使呼吸过程在任意时刻停止，或任意时刻开始，使用起来十分的灵活，方便。

[0056] 至此，呼吸的三维：颜色、时间和亮度都已经实现，三者可以独立控制。最后DAC模块10接收来自通讯模块11的数据，产生不同的基准偏置电流，这个电流输入到LED恒流源控制电路1，来定义呼吸过程中所能达到的最大电流，而输出级驱动电路9的呼吸电流由LED恒流源控制电路1的电流和第三计数器83的PWM信号来共同决定。

[0057] 上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。