時鐘電路

前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇時鐘電路范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發現更多的寫作思路和靈感。

時鐘電路范文第1篇

【關鍵詞】霍爾傳感器；計數器；信號處理電路

目前霍爾元件已經得到越來越多的應用，應用最多的是GaAs和InSb。利用蒸發InSb制作的霍爾元件，其霍爾電勢大，但工作溫度范圍狹窄，霍爾電勢的溫度特性差，磁場的線性度范圍狹窄，因而應用范圍受到限制。GaAs的霍爾電勢雖小，但熱穩定性好，已逐漸成為主流產品。

霍爾傳感器輸出電壓信號穩定，只要存在磁場，霍爾元件總是產生相同的電壓，并且輸出信號電壓的大小與轉速無關，即使是在發動機起動的低轉速狀態下，仍能夠獲得較高的檢測準確度。下面是利用霍爾傳感器設計的時鐘電路。

一、霍爾傳感器時鐘工作原理

1.記數分析

霍爾傳感器作為計數來用是比較常見的，通過改變它的磁場變化使得輸出的霍爾電勢變化接入后續電路進而計數。這個簡單的原理卻是我的霍爾傳感器時鐘的核心。

首先，將大號齒輪安裝在電動機上（這里采用的是電動機，也可以采用發條等啟動物件），再將中號齒輪安裝在大號齒輪上，最后將小號齒輪安裝在中號齒輪上，三個霍爾傳感器靠近各自齒輪的側面，（其中大號齒輪和中號齒輪均有60個齒槽，小號齒輪24個齒槽），當電動機開始運轉時（設定大號齒輪齒與槽之間交替為1秒鐘），運轉的電動機帶動大號齒輪轉動，轉動的大號齒輪的齒正對霍爾傳感器時，磁場強度增加，霍爾傳感器輸出的霍爾電勢變大，接入后續電路輸出一個信號，而當大號齒輪的槽正對霍爾傳感器時，磁場強度減弱，霍爾傳感器輸出的霍爾電勢變小，接入后續電路的也輸出一個信號，當這兩個不同的信號交替出現時，經過后續電路處理后進行計數，而由于齒與槽之間的交替時間正好是一秒鐘，所以轉了一圈的大號齒輪，即計時了60秒，它的作用正好相當于秒鐘。而同時安裝在大號齒輪上的中號齒輪隨即動一下（即原本中號齒輪的齒正對霍爾傳感器時，當大號齒輪轉了一圈后，中號齒輪就動一下，使它的槽對霍爾傳感器）這樣它也輸出一個信號，同理，當大號齒輪轉六十圈，它（中號齒輪）轉一圈。即計時60分鐘，他的作用相當于分鐘，最后，當中號齒輪轉一圈小號齒輪動一下，（其原理和大號齒輪轉一圈中號齒輪動一下是一樣的。）它轉了一圈，即計時24個小時，相當于時鐘。接入后續電路即可做成電子時鐘。（其中小、中、大三個齒輪安裝是剛剛好的，即在調時間時可以輕松調動，而在正常工作時又不會松動，影響時鐘準確性。）

2.信號處理電路的選用

經傳感器轉換和放大器放大的電信號，由于測試環境的電磁干擾、傳感器和放大器自身的影響，往往會含有多種頻率成分的噪音信號。嚴重時，這種噪音信號會淹沒待提取的輸入信號，造成測試系統無法獲取被測信號。在這種情況下，需要采取濾波措施，抑制不需要的雜散信號，使系統的信噪比增加，在此選用了有源濾波器中的低通濾波器。根據低通濾波器幅頻特性，確定有限增益低通濾波器的線路圖。

3.實時顯示與記錄電路

采用LED制成的七段數碼管來表示時鐘的時間。

二、霍爾傳感時鐘的電路分析（含框圖）

1.霍爾轉速傳感器的原理框圖（霍爾傳感器時鐘電路）。

2.電路分析：

當晶體振蕩器產生頻率為fc的穩定信號，經過放大、整形后換成理想的矩形脈沖信號。若經過分頻器所得標準信號的頻率fo與要求的時間t相對應（t=1/fo），則可以直接驅動控制電路，產生相應的計數、顯示、清零和“門”電路的開關控制信號，實現對霍爾集成電路輸出的fx的測量和顯示。（核心思想）

即：當小、中、大齒輪上的霍爾傳感器（轉速傳感器）記錄數據記錄時，通過放大電路進入“門”電路，而這時，晶體振蕩器產生的頻率也經放大、整形后送入“門”電路，這時振蕩器產生的頻率將傳感器輸送來的數據處理送入后續電路，即在顯示器上顯示時鐘數據。

三、該時鐘電路在不同實踐中的擴展和延伸

該設計的優勢是不但可以作為時鐘，而且只要稍加改進就可以作為定時器；測量距離；測轉速；作開關，可謂是功能強大。下面將舉一個對該設計稍加該進后測量布匹長度的例子：

測量傳感器一側采用兩支霍爾元件，按照一定間隔固定在柱形槽內，其引腳（+5V、GND、A/B）通過軟線引至輸出插座；另一側齒輪與轉軸通過軸承固定在圓柱形外殼的軸線上。齒輪圓周上均勻嵌上4個圓形磁鋼。當電動機啟動，轉動軸帶著齒輪順時針或逆時針旋轉時，A、B兩個信號端便會產生具有一定相位差（約90o）的脈沖信號，借助于A、B兩相脈沖的超前與滯后關系，可以識別出傳感器正轉和反轉，對A相或B相脈沖計數，就能計算出傳感器的旋轉圈數，最終折算出布匹的長度。假設滾動輪的外徑為D（cm），傳感器每周每相各輸出4個脈沖（最大測量誤差在MCS-51系列單片機片內有2/3個16位定時器/計數器（T0、T1、T2），可用來對外部事件的計數。但每個16位計數器均為加法計數器，無法實現可逆計數。若能將計數器T0作為順時針方向的計數器，而計數器T1作為逆時針方向的計數器，從而使實際計數值為兩個計數器計數值之差，這就要求傳感器作順時針方向旋轉時僅計數器T0計數，作逆時針方向旋轉時僅計數器T1計數，才能確保可逆計數的實現。我們注意到計數器T0和計數器T1均可以通過片內門控信號（Gate位）置“0”或置“1”來決定是否由外部控制信號（/INT0，/INT1）允許或禁止計數。Gate=0，計數器不受外部控制信號控制。Gate=1，則外部控制信號為高電平時，對應計數器允許計數；外部控制信號為低電平時，對應計數器禁止計數。因為T0、T1是在脈沖信號的下降沿觸發內部計數器計數，從兩相脈沖時序圖3可以看出，當傳感器順時針旋轉時，A相脈沖的下降沿落在B相脈沖的高電平區，而傳感器逆時針旋轉時，B相脈沖的下降沿落在A相脈沖的高電平區。如果將A相脈沖信號連接至單片機的T0（P3.4）端，B相脈沖信號連接至/INT0（P3.2）端；與此同時，將B相脈沖信號連接至單片機的T1（P3.5）端，A相脈沖信號連接至/INT1（P3.3）端。如果傳感器作順時針旋轉，在對應每一個A相脈沖下降沿都有/INT0=1（高電平），計數器T0允許計數，則計數器T0對A相脈沖下降沿逐一計數。此時對應每一個B相脈沖的下降沿均因落在A相脈沖的低電平區，即/INT1=0，計數器T1被禁止，計數器T1不會被B相脈沖的下降沿觸發計數。同樣，如果傳感器作逆時針旋轉，在對應每一個B相脈沖下降沿都有/INT1=1（高電平），計數器T1允許計數，則計數器T1對B相脈沖下降沿逐一計數。此時對應每一個A相脈沖的下降沿均因落在B相脈沖的低電平區，即/INT0=0，計數器T0被禁止，計數器T0不會被A相脈沖的下降沿觸發計數。

參考文獻

[1]王學超.過程控制領域內應用現場總線若干問題探討[J].石油化工自動化,2003(6).

[2]侯國章.測試與傳感技術[M].哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,2000:123-134.

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[4]郝蕓,彭利標.傳感器原理與應用[M].北京:電子工業傳版社,2002(5).

時鐘電路范文第2篇

【關鍵詞】嵌入式；時鐘；分頻；AD9522

一、AD9522簡介

1.外部特性

AD9522是一個多路時鐘輸出和分配功能的芯片，本身支持亞皮秒抖動性能，在芯片內部還集成了PLL（PhaseLockedLoop）和VCO（壓控振蕩器）。VCO的調諧范圍是 2.02 GHz～2.335 GHz。AD9522串行接口支持SPI與I2C的數據總線，芯片內部的EEPROM可通過串口進行編程，可以用來存儲用戶配置的寄存器數據從而使輸入時鐘分頻。AD9522具有12路的LVDS電平輸出，可以分成4組，每組輸出都有分頻器，分頻比1-32之間可以在其范圍內隨意設置。如圖1所示。

2.內部特性

AD9522外部的輸入時鐘是晶振供給的，內部時鐘的倍頻和分頻都是由鎖相環PLL和壓控振蕩器VCO控制的。例如壓控振蕩器給出一個信號，一部分作為輸出，另一部分通過分頻與PLL產生的本振信號作相位比較，為了保持頻率不變，就要求相位差不發生改變，如果有相位差的變化，則PLL的電壓輸出端的電壓發生變化，去控制VCO，直到相位差恢復，達到鎖頻的目的。如圖2。

二、單片機配置

1.寄存器配置

我們提到了AD9522可以配置SPI與I2C的數據總線來達到分頻的目的，那么配置數據總線就可以用單片機來配置了。我們選用C8051F320作為配置AD9522的內部寄存器，原因是單片機編程比較直觀也比較容易。如圖3。

首先要編寫C8051F320的I2C程序，編寫完成后設置斷點觀測寫入和讀取值是否相同，驗證好讀取沒有問題后開始配置寄存器。配置的時候要注意的是0x18地址寄存器配置鎖定檢測周期數選擇大一些，有可能一些設置參數或者環路濾波帶寬設置導致鎖定時間比較長，導致讀取0x1F地址時鎖定狀態不是最終狀態，現在設置該寄存器為0x66，將檢測周期數設置為最大值255。VCO校驗需要先設置0x18為0然后更新，再設置0x18為1再次更新。等待校驗完成讀取0x1F地址數據。0x1D需要設置為0， Status引腳顯示狀態才為0x17地址配置狀態。否則引出的時鐘觀測不到。配置完成后讀取0x1f地址狀態，配置完成后需要等待一定時間再讀取0x1f地址數據，因為vco校驗需要一定時間，讀取太快會導致讀取狀態不正確。

如圖4所示，在引腳上下拉方面VCP需要上拉，PD，SYNC，RESET需要上拉，使這些引腳無效。EEPROM使內部寄存器數值不從EPROM加載。SP1，SP0需下拉，將內部寄存器數據加載配置模式設置為I2C加載。CS下拉使數據片選信號一直有效。REF_SEL下拉選擇輸入參考時鐘為refrence1。

2.程序設計

單片機源程序寄存器配置部分主要配置a，b，p，div和vco div的值，那么我們就可以根據公式fvco=ref*（a+b*p）決定fvco的值，然后根據我們的分頻公式fout=fvco/vco div/div就可以得到我們需要的時鐘頻率。寄存器配置部分程序如下：

三、環路濾波設計

那么我們不得不提到的是AD9522的環路濾波參數的設置必須和上面的寄存器配置要一致，這樣我們才能鎖定頻率，使得我們分頻出來的時鐘頻率穩定而且是我們需要的時鐘頻率。設置環路濾波可以用ADIsimCLK軟件來處理。如圖5。

四、結束語

經過上面的討論我們可以得出AD9522是一個很好用的分頻的芯片，它可以根據我們給的輸入時鐘，由內部鎖頻、倍頻、分頻來得到12路我們需要的時鐘頻率，可以說極大的方便了設計，它可以提供更多的時鐘源供我們后續設計中使用，它的寄存器的配置是我們借鑒和學習的地方。

參考文獻

[1]譚浩強.C++程序設計[M].清華大學出版社，2006.

[2]李朝青.單片機原理及接口技術[M].航天航空大學出版社，2005.

[3]張大波.嵌入式系統[M].電子工業出版社，2008.

時鐘電路范文第3篇

關鍵詞：鋰電池充電管理 失調消除 反饋自調整

中圖分類號：TN722.77 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）03-0136-02

1 引言

近年來隨著便攜式電子設備的廣泛應用，作為其電源的二次電池市場也迅速擴大。在眾多二次電池中，鋰離子電池由于具有能量密度高、循環壽命長等優點，使其迅速成為二次電池的主要產品。但另一方面，隨著鋰離子電池使用量的增加，其安全性也日益得到重視，要求其具有更高的安全性能。因此，設計一款性能優秀的鋰電池充電管理芯片，具有很高的實用價值。

2 鋰電池充電管理芯片的要求

現有的鋰電池充電管理芯片一般采用三段式充電管理，即涓流充電、恒流充電、恒壓充電。充電過程如圖1所示。

在充電過程中，最重要的指標是充電截止電壓。若充電截止電壓太高，即過度充電，輕則縮短鋰離子使用壽命，重則安全閥破裂而起火；若充電截止電壓太低，又無法充分利用鋰離子電池的容量。對鋰離子電池來說，充電截止電壓的精度要求為1%，即應控制在4.2V±42mV。

3 失調消除電路的分析與設計

一般的失調消除技術有輸入失調存儲、輸出失調存儲、電路燒寫或激光修正。輸入失調存儲和輸出失調存儲由于要克服開關斷開時引起的時鐘穿通效應，需要較大的電容，這樣降低運放和比較器的速度，同時極大地增加了芯片面積。電路燒寫或激光修正是在芯片制造后由測試廠根據測試程序對芯片一次性進行燒寫或激光修正失調，這樣后續芯片在封裝時機械應力、溫度變化引入的失調都不能再修正回來。而在鋰電池充電管理芯片中，芯片成本的考慮是第一位的，即失調消除電路不能增加太多芯片面積。其次要求低失調電路不能隨時間或溫度而變化太多。為了滿足以上兩個要求，我們采用了基于反饋自調整原理，在芯片上電復位時，通過反饋步進控制電路來修正運放輸入失調電壓并一次性鎖存住，在不增加太多芯片成本的情況下能夠使運放的輸入失調修正為0.2mV以下。

在CMOS芯片中，芯片內部參考電壓一般由帶隙基準電路產生，基準電壓值為1.2V。這樣，若要滿足1%的精度要求，則要求CMOS運放的輸入失調不能大于±12mV。若再考慮到封裝機械應力、溫度變化等因素，則對CMOS運放的輸入失調要求更高，一般要求±3mV以內。所以需要增加失調消除電路來提高運放的失調精度。

圖2為典型的P管差分輸入的七管運放電路。

其中，S1=S2，S3=S4=S5，S6=2S7（S為MOS管溝道的寬長比W/L）

如果我們將M4的寬長比減小一點，這將人為的引入輸入失調，然后我們將運放的差分輸入短接一起接共模電平vref（vref一般選擇1.2V），將運放的輸出與vref做比較，而比較的結果返回來控制一個與M4并聯的電流源M8的寬長比大小，這樣我們就構成了一個能夠自動修正運放失調的電路。

該失調修正電路的工作原理如下：一開始，接入的M8的S8非常小，由于S3>（S4+S8），運放的輸出OUT將是低電平，比較器IC1的輸出COUT也是低電平。當檢測到COUT為低電平時，步進控制電路將一步一步慢慢地增大S8。當S8增大到某值時，運放輸出OUT將翻轉為高電平，COUT也翻轉為高電平，這時步進控制電路將鎖定住S8。很顯然，此時運放接的是共模電平，而輸出正好處于翻轉點，即：運放的輸入失調已經被修正了！

下面來推導此時運放的工作狀態

M1電流：

M2電流：

其中up為載流子的遷移率，Cox為單位面積的柵氧化層電容，Vthp為PMOS管閾值電壓。

由于M3與M4、M8為鏡像電流源結構，所以有：

因為此時運放輸出處于翻轉點，所以有：

綜合以上公式得到：

所以只要S4+S8滿足以上條件，就能將運放的失調修正過來。

那M4的寬長比S4還有每次步進增大的ΔS8應該怎么設計才合理呢？對于CMOS工藝的運放電路來說，由于MOS器件為表面器件，由它構成的運放的輸入失調相對雙極型器件來說大得多，甚至能達到10mV，所以我們減小S4，人為地將運放的失調往一邊拉偏15mV。由于系統要求輸入失調不能大于3mV，所以我們每次增大的ΔS8應該等效于將失調往回修正1mV為佳。若修正電路最多能夠調整32步（即2的5次方），則在-15mV至+17mV之間的失調都將能夠修正回來，并保證1mV以內的失調精度。

根據上面的設計思想，下面我們來推導S4和ΔS8：

首先，拉偏15mV使得M4電流的減少量：

其中gm2為M2的跨導：

因為：

所以：

又因為每調整一步需要修正1mV，所以：

所以：

以上修正結束后，保留M4和M8，將修正電路與運放斷開，運放的失調將得到修正而低于1mV。

在實際的電路設計過程中，可以根據需要，增加步進步數，從而提高步進精度，代價是增加修正電路器件的個數，進一步增加芯片的成本。在已知的已量產0.5um 2P3M CMOS工藝的芯片中，使用了步進精度為0.125mV，步數為256步（即2的8次方），可以將運放或比較器的輸入失調控制在0.2mV以內，性能優秀可靠。

時鐘電路范文第4篇

摘 要： 加速度傳感器在手機、PAD、防盜等多種電子設備產品已有廣泛的應用，而目前絕大多數的加速度傳感器都搭建在Android或者IOS平臺，很少搭建在Windows ARM平臺。文章從傳感的原理、電路接口以及驅動實現三個方面來說明加速度傳感器在Windows ARM嵌入式系統上的應用。

關鍵詞： 加速度傳感器； 電路接口； Windows ARM嵌入式系統； 驅動

中圖分類號：TPN39 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）01-30-02

Construction of circuit structures and implementation of driver of acceleration sensor in embedded system

Du Shiying

（Jiaxing Vocational Technical College， Jiaxing， Zhejiang 314036， China）

Abstract： With the development of science and technology， the acceleration sensor is widely applied in the phone， PAD， anti-theft and other electronic equipment products. Most acceleration sensors are constructed in Android or IOS platform， rarely in Windows ARM platform. In this paper， from the aspects of the principle of the sensor circuit interface as well as circuit interface and driver implementation， the application of acceleration sensor in the Windows ARM embedded systems is introduced.

Key words： acceleration sensor； circuit interface； windows ARM embedded systems； driver

0 引言

加速度傳感器[1]是一種能夠測量加速力的電子設備。加速力就是當物體在加速過程中作用在物體上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是個常量，比如g，也可以是變量。加速度計有兩種：一種是角加速度計，是由陀螺儀（角速度傳感器）改進的；另一種是線加速度計。

線加速度計的原理是慣性原理，也就是力的平衡，A（加速度）=F（慣性力）/M（質量），所以只需要測量F即可。測量F可以用電磁力去平衡這個力，得到F對應于電流的關系，并用實驗去標定這個比例系數。當然中間的信號傳輸、放大、濾波就是電路的事了。多數加速度傳感器是根據壓電效應的原理來工作的。

所謂的壓電效應就是對于不存在對稱中心的異極晶體加在晶體上的外力除了使晶體發生形變以外，還將改變晶體的極化狀態，在晶體內部建立電場，這種由于機械力作用使介質發生極化的現象稱為正壓電效應。

一般加速度傳感器[2]就是利用了其內部由于加速度造成的晶體變形這個特性。由于這個變形會產生電壓，只要計算出產生電壓和所施加的加速度之間的關系，就可以將加速度轉化成電壓輸出。當然，還有很多其他方法來制作加速度傳感器，比如壓阻技術，電容效應，熱氣泡效應，光效應等，其最基本的原理都是由于加速度使某個介質產生變形，通過測量其變形量，并用相關電路轉化成電壓輸出。

1 加速度傳感器外部接口以及與SOC接口電路

1.1 外部接口

MEMSIC器件是基于單片CMOS集成電路制造工藝而生產出來的一個完整的雙軸加速度測量系統，就像其他加速度傳感器有重力塊一樣，MEMSIC器件是以可移動的熱對流小氣團作為重力塊。器件通過測量由加速度引起的內部溫度的變化來測量加速度VDD內部數字電路電源電壓輸入腳，直流電源電壓必須控制在+3V到+5.25V之間。

⑴ VDA：內部模擬電路電源電壓輸入腳。直流電源電壓必須控制在+3V到+5.25V之間。

⑵ AOUTX：軸加速度感應輸出腳。與之相連的器件的輸入阻抗需足夠高，以保證此腳的輸出電流不大于100μA，靈敏度在出廠前被設置成與軸相同，但可以根據用戶的要求將兩個軸的靈敏度設置成不同的值。

⑶ AOUTY：Y軸加速度感應輸出腳。與之相連的器件的輸入阻抗需足夠高，以保證此腳的輸出電流不大于100μA，靈敏度在出廠前被設置成與軸相同，但可以根據用戶的要求將兩個軸的靈敏度設置成不同的值。

⑷ TOUT：內部溫度傳感器緩沖輸出腳。此腳輸出的模擬電壓所指示的是管芯襯底的溫度，此電壓可用于測量周圍環境溫度度的變化量，而不是對溫度直接測量。當環境溫度發生變化時，Tout的輸出電壓相對于25℃時的電壓就產生一個差值。用此差值可以對傳感器的零點偏置和靈敏度進行補償。

⑸ MEMSIC：標準產品選擇的是內部時鐘800kHz。當選擇內部時鐘時此腳必須接地，根據客戶的特殊要求，MEMSIC可以定制使用外部時鐘的產品，外部時鐘的頻率范圍為400kHz至1.6MHz。

⑹ Vref：輸出一個2.50V的參考電壓。此腳的驅動能力為100μA。

⑺ GND：接地。

1.2 與SOC接口電路

加速度傳感器的輸出電壓與加速度成正比，為了測量加速度傳感器芯片的輸出電壓[3]，通常使用帶有A/D的微控制器，具體連接方法如圖2所示。Xout與A/D IN管腳之間的RC是起濾波作用，用于減小時鐘噪聲。加速度傳感器與微控制器之間不要有高電流。電源與地之間的0.1uF的電容是去耦電容。要盡量減小加速度傳感器與微控制器的距離。

為了使加速計體積盡可能地小，芯片通常采用表貼封裝。最好將加速度測量板安裝在可以獲得理想加速度的地方，例如：能夠快速地獲取加速度，同時是系統的重心等。另外，加速計的安裝方向也要保證[4]。

2 驅動程序實現

對于芯片的驅動程序[5]，本文從I2C的通信方式來闡述驅動的編寫過程以及主要的實現。

⑴ 查看芯片手冊，并查看原理圖，檢查芯片與ARM之間的硬件接口；

⑵ 在保證硬件電路正常連接的情形下，構建驅動的基本框架；

⑶ 上電時序部分代碼編寫；

⑷ I2C通信部分的代碼編寫；

時鐘電路范文第5篇

摘要: 傳統的背光源采用的是CCFL，色彩還原性差，含有對人體有害的汞蒸汽。LED背光源是一種新型的背光源，色彩還原性好，壽命長；不含汞，有利于環境保護。本文設計的直下式LED背光源，單燈電流可精確控制，光學效果良好，支持PWM調光。中尺寸、大尺寸LED背光源均可借鑒使用。

關鍵詞:發光二極管背光;冷陰極熒光燈;色彩還原性;單片機

中圖分類號：TN141 文獻標識碼：B

The Driving Circuit Design of a Direct Illumination-type LED Backlight

LI Xiu-zhen1,ZHANG Kai-liang2,Ma Li2,XU Yan-wen2

(1.Beijing BOE CHATANI Electronics Co.,Ltd.,Beijing 100176,China;2.BOE Technology Group CO.,Ltd.,Beijing 100016,China)

Abstract：CCFL is used in the traditional backlight, which has bad color gamut and contains hydrargyrun steam which is harmful to human body. As a new kind of backlight, LED backlight has better color gamut, longer life-span; and is friendly to environmental. It also does not containhydrargyrun. A direct illumination-type LED backlight is designed in this paper, which has a goodoptical effect, and can be adjusted by PWM. Each LED can be controlled separately in this design. This paper can also be used for the design of medium-sized and large size LED backlight.

Key Word：LED Backlight;CCFL;color gamut;single-chip microcomputer

引言

LCD顯示器自身并不發光，為了可以清楚的看到LCD顯示器的內容，需要一定的白光背光源[1]。背光源是存在于液晶顯示（LCD）顯示器內部的一個光學組件，由光源和必要的光學輔助部件構成。傳統的LCD背光源采用的是冷陰極熒光燈（CCFL），色彩還原性差，含有對人體有害的汞蒸汽。LED背光源色彩還原性好、壽命長；不含汞，有利于環境保護。LED背光源的色彩還原性可以達到NTSC (National Television System Committee)標準的105%甚至120%以上。而一般CCFL燈管，僅能提供NTSC標準的72%[2]。就驅動電路而言，傳統的CCFL背光，驅動線路十分復雜，要求上千伏特的驅動電壓，利用專門的逆變器才能驅動起來。而LED可以低電壓工作，控制較為方便。LED的諸多優點使得LED背光方案備受關注[3][4]。

本文所設計的直下式LED背光源，每四顆白燈中間有一顆RGB三合一的LED。經測試，所設計的LED背光系統，單燈電流精確可控，光學效果良好，支持PWM調光。

1 硬件結構設計

本文利用單片機作為LED的控制核心器件，選用專用驅動IC，實現整個LED背光的靜態顯示。硬件整體設計框圖如圖1所示。驅動芯片共有16通道，每個通道控制一個LED芯片。驅動芯片采用級聯方式。設計中，利用單片機產生PWM方波對LED進行亮度控制。單片機處理緩存管理、亮度和點校正數據的輸出。DC/DC模塊給各模塊供電。通過給接口提供電源、產生驅動指令信號，來點亮LED。

1.1 LED陣列及電源模塊設計

LED陣列由45顆白燈和32顆RGB三合一燈組成。圖2為LED陣列的分布圖。白燈和RGB燈由不同的驅動芯片進行單獨驅動。每顆LED芯片單獨驅動。

電源模塊如圖1所示。電源模塊（DC/DC）采用Buck轉換器將12V電源轉換成各個模塊所需電源。整個系統需要3.5V、5V、10V和12V的電源。RGB三合一燈需要3.5V電壓；白燈需要10V電壓；MCU需要提供5V的電源電壓。整個系統輸入電壓12V，此電壓由外部電源轉換器提供。

1.2 驅動芯片特性

驅動芯片具有點校正和灰階調光的特點。共有16通道，每通道都可實現對LED的恒流驅動，每通道最大驅動能力80mA，每個通道可以通過PWM方式根據內部亮度寄存器的值進行4,096級亮度控制，內部每個通道亮度寄存器的長度是12位，另外，每個通道LED的驅動電路由內部6位的點校正寄存器的值進行64級控制，而且驅動電流的最大值可通過片外電阻設定。圖3為驅動芯片的結構框圖。（GS移位寄存器為亮度移位寄存器，DC移位寄存器為點校正移位寄存器。）

1.3各種控制信號

MCU通過SIN、MODE、XLAT、SCLK、GSCLK和BLANK接口控制驅動IC，從而控制LED陣列。

SIN為串行數據輸入；

MODE為多功能輸出端子，當MODE=0時，處于GS模式(亮度信號輸入模式)，當MODE=1時，處于DC模式（點校正信號輸入模式）；

SCLK為串行數據移位時鐘,在每個SCLK的上升沿，當MODE=0輸入數據和輸出數據移入和移出內部192位（16通道×12）的亮度串行移位寄存器，當MODE=1輸入數據和輸出數據移入和移出內部96（16通道×6）位的點校正串行移位寄存器；

XLAT為數據鎖存端子。在XLAT的上升沿，如果MODE=0，亮度串行移位寄存器鎖存到亮度控制寄存器，隨機控制亮度PWM輸出，如果MODE=1，點校正串行移位寄存器鎖存到點校正控制寄存器，控制電流的輸出；

GSCLK為PWM控制的參考時鐘；

BLANK為清零端子。當BLANK=1,所有的輸出通道清零，GS計數器復位。當BLANK=0時，所有的輸出通道由GSCLK控制；

SOUT為串行數據輸出。驅動芯片間通過SOUT-SIN管腳級聯。

2 軟件程序設計

整個單片機控制LED的顯示程序用C語言編寫，主程序包括：單片機初始化、亮度移位寄存器和點校正移位寄存器數組初始化、單片機通過SPI模式與驅動芯片通信。主程序流程圖如圖4所示。單片機初始化包括輸入輸出端口定義、關閉看門狗、時鐘初始化、端口初始化，以及定時器和中斷的初始化設置。

兩個二維數組分別傳送GS數據和DC數據。兩層嵌套循環發送數據。GSCLK在驅動芯片工作期間一直提供時鐘。MODE=0，GSCLK計數，當其輸出4,096個脈沖后，也即12位的每通道驅動芯片的亮度值通過并/串轉換后輸出，輸出亮度后置MODE=1，從DC寄存器讀取6位點校正數據，并/串轉換后輸出，這樣完成了一個通道數據的輸出，將一行對應所有的通道數據輸出完畢后，BLANK輸出一個脈沖，使整個驅動芯片復位。從MCU到驅動芯片的數據傳送過程中，驅動芯片所有輸出關閉，即BLANK=1。BLANK置高電平后，輸出關閉。GS計數復位。

3 LED背光系統

本文所設計的LED背光源是直下式結構。主要包括：LED燈、驅動板、膜材、底反射片，邊框、上框架。每四顆白燈中間有一顆RGB三合一的LED。膜材結構為：一層擴散片一層BEFⅢ+一層DBEF。背光源的色坐標為（0.29，0.28）,亮度為9,000nit，均齊度90%，色彩還原性達到105%@CIE1976。LED間電流匹配度可達1.5%。經測試，本文所設計的LED背光系統，單燈電流精確可控，光學效果良好，支持PWM調光。圖5為點亮后的LED背光源。

4 結 論

設計了一種基于單片機實現直下式LED背光源靜態顯示的方法。針對其功能和特性，解決了相關部分的電路設計，并在所開發的系統上實現PWM調光。實驗證明：該系統單燈電流精確可控，光學效果良好。中尺寸、大尺寸LED背光源均可借鑒使用。

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