LED燈光系統設計方法

名詞解釋

彩色像點：為了讓LED燈光呈現彩色顯示，需要由至少2個以上的不同顏色LED組成一個像素點。紅綠藍LED搭配根據亮度和灰度級別的需求可以有多種搭配方式，如：

a) 1個紅色LED+1個綠色LED+1個藍色LED ，3個LED顯示256級灰度彩色。

b) 2個紅色LED+1個綠色LED+1個藍色LED，4個LED組成

RGB：是指紅色、綠色、藍色3種LED。

LPD6803：是“拓彩科技”專門為LED燈光系統設計的驅動芯片，內置SUPER-PWM，可以產生三路恒流驅動和灰度調制輸出。

LED燈光的種類

點光源

技術特點：應用LED彩色屏的顯示原理，將其像素放大降低整體造價成本。每個模塊為一個彩色像點（RGB）。

應用環境：酒吧、KTV、舞臺、商場、展廳。作為音樂韻律顯示，背景墻裝飾等。

LED彩虹管

技術特點：每條燈管由多個彩色像點（RGB）組成，每個像素點可獨立產生256級顏色的變化。應用環境：立交橋，河道護欄，建筑外墻等不同場所的裝飾照明。

LED地板磚

技術特點：每個模塊由多個彩色像素點（RGB）組成，可以獨立控制每個像素點。應用環境：酒吧、KTV、舞臺。作為地板或者墻壁的裝飾照明。

LED燈光控制專用芯片介紹

LPD6803是專門用于LED燈光驅動芯片，控制簡單。

功能描述：
a. 內置振蕩器，掃描不需要依靠控制板提供掃描時鐘。
b. 2根控制線，控制和布線簡單。
c. 數據時鐘最高可達到25MHz，可以擁有更多的級聯輸出。

LED燈光控制系統硬件設計思路

LED燈光控制系統主要包含像素點驅動單元和控制板設計兩部分。

1. 顯示點驅動單元設計

如何實現讓像素點呈現出不同顏色，主要依靠人的視覺間歇惰性原理，利用對于每個像素點產生不同占空比實現顏色的混合。本設計案例的LED顏色顯示主要依靠LPD6803自動輸出3路256級灰度顏色來實現彩色顯示。控制器只需要傳送每個像素點的掃描占空比數據就可以了。

下圖驅動單元設計，適合于LED彩色護欄管、LED地磚應用。其中紅綠藍3色LED的個數可以是多個。單路LED級聯方式可以采用串聯或者并聯方式實現，在設計是你需要考慮電壓/電流的外接驅動方式。數據輸出級聯到下一個模塊的輸入就實現了一個系統的級聯。

如下圖驅動單元設計，適合于LED彩虹管應用。一個模塊的級聯個數按照設計需要調整。

2. 控制板設計

該硬件只是提供給各位一個控制系統設計的參考，基本說明滿足一個普通的LED燈光系統所需要的一些基本條件。根據實際系統的需要，可以選擇ARM，CPLD等加快顯示數據傳輸的速度以及USB通訊，SD卡存儲方面的要求。

硬件設計目的說明:

U1: 使用通用的MCU51單片機，如果系統拖動像素點級聯數不多以及不需要做太復雜的圖象動畫顯示情況下。該MCU甚至于可以選擇2051這樣管腳少、價格低的MCU。

JP1: 為輸出符合LPD6803串行時序的接口，只用DATA、CLOCK、GND即可滿足顯示數據傳送要求。

U4：為SPI FLASH，用于存儲節目數據。根據系統需要可以利用片選方式設計多片FLASH存儲。SPI FLASH現在比較高容量可以做到4M bits。

U6: 為通訊接口，用于于系統主機通訊控制節目播放的內容和下傳節目數據。以及用于程序升級。

3. 軟件驅動設計

以下以驅動單個像素點來說明數據傳送的方式。LPD6803是一個可以自動產生128級別

LED_SendData(BYTE Rdt, BYTE Gdt, BYTE Bdt)

{
......
SCLK = 0;
SDO = 0;
for(i=0;i32;i++) {SCLK=1;SCLK=0} //送起始32bits 0
SDO=1;SCLK=1;SCLK=0; //送起始位'1'
//輸出5位紅色
mask = 0x10;
for(j=0;j5;j++)
{
if(maskRdt) SDO = 1;
else SDO = 0;
SCLK=1;SCLK=0;
mask>>=1;
}
//輸出5位綠色
mask = 0x10;
for(j=0;j5;j++)
{
if(maskBdt) SDO = 1;
else SDO = 0;
SCLK=1;SCLK=0;
mask>>=1;
}
//輸出5位藍色
mask = 0x10;
for(j=0;j5;j++)
{
if(maskBdt) SDO = 1;
else SDO = 0;
SCLK=1;SCLK=0;
mask>>=1;
}
SDO=0;
SCLK=1;SCLK=0; //補1個CLOCK，如果一次送出了n個點的數據，則需要補n個Clock.
......
}