时钟电路

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇时钟电路范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

时钟电路范文第1篇

【关键词】霍尔传感器；计数器；信号处理电路

目前霍尔元件已经得到越来越多的应用，应用最多的是GaAs和InSb。利用蒸发InSb制作的霍尔元件，其霍尔电势大，但工作温度范围狭窄，霍尔电势的温度特性差，磁场的线性度范围狭窄，因而应用范围受到限制。GaAs的霍尔电势虽小，但热稳定性好，已逐渐成为主流产品。

霍尔传感器输出电压信号稳定，只要存在磁场，霍尔元件总是产生相同的电压，并且输出信号电压的大小与转速无关，即使是在发动机起动的低转速状态下，仍能够获得较高的检测准确度。下面是利用霍尔传感器设计的时钟电路。

一、霍尔传感器时钟工作原理

1.记数分析

霍尔传感器作为计数来用是比较常见的，通过改变它的磁场变化使得输出的霍尔电势变化接入后续电路进而计数。这个简单的原理却是我的霍尔传感器时钟的核心。

首先，将大号齿轮安装在电动机上（这里采用的是电动机，也可以采用发条等启动物件），再将中号齿轮安装在大号齿轮上，最后将小号齿轮安装在中号齿轮上，三个霍尔传感器靠近各自齿轮的侧面，（其中大号齿轮和中号齿轮均有60个齿槽，小号齿轮24个齿槽），当电动机开始运转时（设定大号齿轮齿与槽之间交替为1秒钟），运转的电动机带动大号齿轮转动，转动的大号齿轮的齿正对霍尔传感器时，磁场强度增加，霍尔传感器输出的霍尔电势变大，接入后续电路输出一个信号，而当大号齿轮的槽正对霍尔传感器时，磁场强度减弱，霍尔传感器输出的霍尔电势变小，接入后续电路的也输出一个信号，当这两个不同的信号交替出现时，经过后续电路处理后进行计数，而由于齿与槽之间的交替时间正好是一秒钟，所以转了一圈的大号齿轮，即计时了60秒，它的作用正好相当于秒钟。而同时安装在大号齿轮上的中号齿轮随即动一下（即原本中号齿轮的齿正对霍尔传感器时，当大号齿轮转了一圈后，中号齿轮就动一下，使它的槽对霍尔传感器）这样它也输出一个信号，同理，当大号齿轮转六十圈，它（中号齿轮）转一圈。即计时60分钟，他的作用相当于分钟，最后，当中号齿轮转一圈小号齿轮动一下，（其原理和大号齿轮转一圈中号齿轮动一下是一样的。）它转了一圈，即计时24个小时，相当于时钟。接入后续电路即可做成电子时钟。（其中小、中、大三个齿轮安装是刚刚好的，即在调时间时可以轻松调动，而在正常工作时又不会松动，影响时钟准确性。）

2.信号处理电路的选用

经传感器转换和放大器放大的电信号，由于测试环境的电磁干扰、传感器和放大器自身的影响，往往会含有多种频率成分的噪音信号。严重时，这种噪音信号会淹没待提取的输入信号，造成测试系统无法获取被测信号。在这种情况下，需要采取滤波措施，抑制不需要的杂散信号，使系统的信噪比增加，在此选用了有源滤波器中的低通滤波器。根据低通滤波器幅频特性，确定有限增益低通滤波器的线路图。

3.实时显示与记录电路

采用LED制成的七段数码管来表示时钟的时间。

二、霍尔传感时钟的电路分析（含框图）

1.霍尔转速传感器的原理框图（霍尔传感器时钟电路）。

2.电路分析：

当晶体振荡器产生频率为fc的稳定信号，经过放大、整形后换成理想的矩形脉冲信号。若经过分频器所得标准信号的频率fo与要求的时间t相对应（t=1/fo），则可以直接驱动控制电路，产生相应的计数、显示、清零和“门”电路的开关控制信号，实现对霍尔集成电路输出的fx的测量和显示。（核心思想）

即：当小、中、大齿轮上的霍尔传感器（转速传感器）记录数据记录时，通过放大电路进入“门”电路，而这时，晶体振荡器产生的频率也经放大、整形后送入“门”电路，这时振荡器产生的频率将传感器输送来的数据处理送入后续电路，即在显示器上显示时钟数据。

三、该时钟电路在不同实践中的扩展和延伸

该设计的优势是不但可以作为时钟，而且只要稍加改进就可以作为定时器；测量距离；测转速；作开关，可谓是功能强大。下面将举一个对该设计稍加该进后测量布匹长度的例子：

测量传感器一侧采用两支霍尔元件，按照一定间隔固定在柱形槽内，其引脚（+5V、GND、A/B）通过软线引至输出插座；另一侧齿轮与转轴通过轴承固定在圆柱形外壳的轴线上。齿轮圆周上均匀嵌上4个圆形磁钢。当电动机启动，转动轴带着齿轮顺时针或逆时针旋转时，A、B两个信号端便会产生具有一定相位差（约90o）的脉冲信号，借助于A、B两相脉冲的超前与滞后关系，可以识别出传感器正转和反转，对A相或B相脉冲计数，就能计算出传感器的旋转圈数，最终折算出布匹的长度。假设滚动轮的外径为D（cm），传感器每周每相各输出4个脉冲（最大测量误差在MCS-51系列单片机片内有2/3个16位定时器/计数器（T0、T1、T2），可用来对外部事件的计数。但每个16位计数器均为加法计数器，无法实现可逆计数。若能将计数器T0作为顺时针方向的计数器，而计数器T1作为逆时针方向的计数器，从而使实际计数值为两个计数器计数值之差，这就要求传感器作顺时针方向旋转时仅计数器T0计数，作逆时针方向旋转时仅计数器T1计数，才能确保可逆计数的实现。我们注意到计数器T0和计数器T1均可以通过片内门控信号（Gate位）置“0”或置“1”来决定是否由外部控制信号（/INT0，/INT1）允许或禁止计数。Gate=0，计数器不受外部控制信号控制。Gate=1，则外部控制信号为高电平时，对应计数器允许计数；外部控制信号为低电平时，对应计数器禁止计数。因为T0、T1是在脉冲信号的下降沿触发内部计数器计数，从两相脉冲时序图3可以看出，当传感器顺时针旋转时，A相脉冲的下降沿落在B相脉冲的高电平区，而传感器逆时针旋转时，B相脉冲的下降沿落在A相脉冲的高电平区。如果将A相脉冲信号连接至单片机的T0（P3.4）端，B相脉冲信号连接至/INT0（P3.2）端；与此同时，将B相脉冲信号连接至单片机的T1（P3.5）端，A相脉冲信号连接至/INT1（P3.3）端。如果传感器作顺时针旋转，在对应每一个A相脉冲下降沿都有/INT0=1（高电平），计数器T0允许计数，则计数器T0对A相脉冲下降沿逐一计数。此时对应每一个B相脉冲的下降沿均因落在A相脉冲的低电平区，即/INT1=0，计数器T1被禁止，计数器T1不会被B相脉冲的下降沿触发计数。同样，如果传感器作逆时针旋转，在对应每一个B相脉冲下降沿都有/INT1=1（高电平），计数器T1允许计数，则计数器T1对B相脉冲下降沿逐一计数。此时对应每一个A相脉冲的下降沿均因落在B相脉冲的低电平区，即/INT0=0，计数器T0被禁止，计数器T0不会被A相脉冲的下降沿触发计数。

参考文献

[1]王学超.过程控制领域内应用现场总线若干问题探讨[J].石油化工自动化,2003(6).

[2]侯国章.测试与传感技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2000:123-134.

[3]赵负图.现代传感器集成电路(图象及磁传感器电路)[M].北京:人民邮电出版社,2000:267-293.

[4]郝芸,彭利标.传感器原理与应用[M].北京:电子工业传版社,2002(5).

时钟电路范文第2篇

【关键词】嵌入式；时钟；分频；AD9522

一、AD9522简介

1.外部特性

AD9522是一个多路时钟输出和分配功能的芯片，本身支持亚皮秒抖动性能，在芯片内部还集成了PLL（PhaseLockedLoop）和VCO（压控振荡器）。VCO的调谐范围是 2.02 GHz～2.335 GHz。AD9522串行接口支持SPI与I2C的数据总线，芯片内部的EEPROM可通过串口进行编程，可以用来存储用户配置的寄存器数据从而使输入时钟分频。AD9522具有12路的LVDS电平输出，可以分成4组，每组输出都有分频器，分频比1-32之间可以在其范围内随意设置。如图1所示。

2.内部特性

AD9522外部的输入时钟是晶振供给的，内部时钟的倍频和分频都是由锁相环PLL和压控振荡器VCO控制的。例如压控振荡器给出一个信号，一部分作为输出，另一部分通过分频与PLL产生的本振信号作相位比较，为了保持频率不变，就要求相位差不发生改变，如果有相位差的变化，则PLL的电压输出端的电压发生变化，去控制VCO，直到相位差恢复，达到锁频的目的。如图2。

二、单片机配置

1.寄存器配置

我们提到了AD9522可以配置SPI与I2C的数据总线来达到分频的目的，那么配置数据总线就可以用单片机来配置了。我们选用C8051F320作为配置AD9522的内部寄存器，原因是单片机编程比较直观也比较容易。如图3。

首先要编写C8051F320的I2C程序，编写完成后设置断点观测写入和读取值是否相同，验证好读取没有问题后开始配置寄存器。配置的时候要注意的是0x18地址寄存器配置锁定检测周期数选择大一些，有可能一些设置参数或者环路滤波带宽设置导致锁定时间比较长，导致读取0x1F地址时锁定状态不是最终状态，现在设置该寄存器为0x66，将检测周期数设置为最大值255。VCO校验需要先设置0x18为0然后更新，再设置0x18为1再次更新。等待校验完成读取0x1F地址数据。0x1D需要设置为0， Status引脚显示状态才为0x17地址配置状态。否则引出的时钟观测不到。配置完成后读取0x1f地址状态，配置完成后需要等待一定时间再读取0x1f地址数据，因为vco校验需要一定时间，读取太快会导致读取状态不正确。

如图4所示，在引脚上下拉方面VCP需要上拉，PD，SYNC，RESET需要上拉，使这些引脚无效。EEPROM使内部寄存器数值不从EPROM加载。SP1，SP0需下拉，将内部寄存器数据加载配置模式设置为I2C加载。CS下拉使数据片选信号一直有效。REF_SEL下拉选择输入参考时钟为refrence1。

2.程序设计

单片机源程序寄存器配置部分主要配置a，b，p，div和vco div的值，那么我们就可以根据公式fvco=ref*（a+b*p）决定fvco的值，然后根据我们的分频公式fout=fvco/vco div/div就可以得到我们需要的时钟频率。寄存器配置部分程序如下：

三、环路滤波设计

那么我们不得不提到的是AD9522的环路滤波参数的设置必须和上面的寄存器配置要一致，这样我们才能锁定频率，使得我们分频出来的时钟频率稳定而且是我们需要的时钟频率。设置环路滤波可以用ADIsimCLK软件来处理。如图5。

四、结束语

经过上面的讨论我们可以得出AD9522是一个很好用的分频的芯片，它可以根据我们给的输入时钟，由内部锁频、倍频、分频来得到12路我们需要的时钟频率，可以说极大的方便了设计，它可以提供更多的时钟源供我们后续设计中使用，它的寄存器的配置是我们借鉴和学习的地方。

参考文献

[1]谭浩强.C++程序设计[M].清华大学出版社，2006.

[2]李朝青.单片机原理及接口技术[M].航天航空大学出版社，2005.

[3]张大波.嵌入式系统[M].电子工业出版社，2008.

时钟电路范文第3篇

关键词：锂电池充电管理 失调消除 反馈自调整

中图分类号：TN722.77 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）03-0136-02

1 引言

近年来随着便携式电子设备的广泛应用，作为其电源的二次电池市场也迅速扩大。在众多二次电池中，锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长等优点，使其迅速成为二次电池的主要产品。但另一方面，随着锂离子电池使用量的增加，其安全性也日益得到重视，要求其具有更高的安全性能。因此，设计一款性能优秀的锂电池充电管理芯片，具有很高的实用价值。

2 锂电池充电管理芯片的要求

现有的锂电池充电管理芯片一般采用三段式充电管理，即涓流充电、恒流充电、恒压充电。充电过程如图1所示。

在充电过程中，最重要的指标是充电截止电压。若充电截止电压太高，即过度充电，轻则缩短锂离子使用寿命，重则安全阀破裂而起火；若充电截止电压太低，又无法充分利用锂离子电池的容量。对锂离子电池来说，充电截止电压的精度要求为1%，即应控制在4.2V±42mV。

3 失调消除电路的分析与设计

一般的失调消除技术有输入失调存储、输出失调存储、电路烧写或激光修正。输入失调存储和输出失调存储由于要克服开关断开时引起的时钟穿通效应，需要较大的电容，这样降低运放和比较器的速度，同时极大地增加了芯片面积。电路烧写或激光修正是在芯片制造后由测试厂根据测试程序对芯片一次性进行烧写或激光修正失调，这样后续芯片在封装时机械应力、温度变化引入的失调都不能再修正回来。而在锂电池充电管理芯片中，芯片成本的考虑是第一位的，即失调消除电路不能增加太多芯片面积。其次要求低失调电路不能随时间或温度而变化太多。为了满足以上两个要求，我们采用了基于反馈自调整原理，在芯片上电复位时，通过反馈步进控制电路来修正运放输入失调电压并一次性锁存住，在不增加太多芯片成本的情况下能够使运放的输入失调修正为0.2mV以下。

在CMOS芯片中，芯片内部参考电压一般由带隙基准电路产生，基准电压值为1.2V。这样，若要满足1%的精度要求，则要求CMOS运放的输入失调不能大于±12mV。若再考虑到封装机械应力、温度变化等因素，则对CMOS运放的输入失调要求更高，一般要求±3mV以内。所以需要增加失调消除电路来提高运放的失调精度。

图2为典型的P管差分输入的七管运放电路。

其中，S1=S2，S3=S4=S5，S6=2S7（S为MOS管沟道的宽长比W/L）

如果我们将M4的宽长比减小一点，这将人为的引入输入失调，然后我们将运放的差分输入短接一起接共模电平vref（vref一般选择1.2V），将运放的输出与vref做比较，而比较的结果返回来控制一个与M4并联的电流源M8的宽长比大小，这样我们就构成了一个能够自动修正运放失调的电路。

该失调修正电路的工作原理如下：一开始，接入的M8的S8非常小，由于S3>（S4+S8），运放的输出OUT将是低电平，比较器IC1的输出COUT也是低电平。当检测到COUT为低电平时，步进控制电路将一步一步慢慢地增大S8。当S8增大到某值时，运放输出OUT将翻转为高电平，COUT也翻转为高电平，这时步进控制电路将锁定住S8。很显然，此时运放接的是共模电平，而输出正好处于翻转点，即：运放的输入失调已经被修正了！

下面来推导此时运放的工作状态

M1电流：

M2电流：

其中up为载流子的迁移率，Cox为单位面积的栅氧化层电容，Vthp为PMOS管阈值电压。

由于M3与M4、M8为镜像电流源结构，所以有：

因为此时运放输出处于翻转点，所以有：

综合以上公式得到：

所以只要S4+S8满足以上条件，就能将运放的失调修正过来。

那M4的宽长比S4还有每次步进增大的ΔS8应该怎么设计才合理呢？对于CMOS工艺的运放电路来说，由于MOS器件为表面器件，由它构成的运放的输入失调相对双极型器件来说大得多，甚至能达到10mV，所以我们减小S4，人为地将运放的失调往一边拉偏15mV。由于系统要求输入失调不能大于3mV，所以我们每次增大的ΔS8应该等效于将失调往回修正1mV为佳。若修正电路最多能够调整32步（即2的5次方），则在-15mV至+17mV之间的失调都将能够修正回来，并保证1mV以内的失调精度。

根据上面的设计思想，下面我们来推导S4和ΔS8：

首先，拉偏15mV使得M4电流的减少量：

其中gm2为M2的跨导：

因为：

所以：

又因为每调整一步需要修正1mV，所以：

所以：

以上修正结束后，保留M4和M8，将修正电路与运放断开，运放的失调将得到修正而低于1mV。

在实际的电路设计过程中，可以根据需要，增加步进步数，从而提高步进精度，代价是增加修正电路器件的个数，进一步增加芯片的成本。在已知的已量产0.5um 2P3M CMOS工艺的芯片中，使用了步进精度为0.125mV，步数为256步（即2的8次方），可以将运放或比较器的输入失调控制在0.2mV以内，性能优秀可靠。

时钟电路范文第4篇

摘 要： 加速度传感器在手机、PAD、防盗等多种电子设备产品已有广泛的应用，而目前绝大多数的加速度传感器都搭建在Android或者IOS平台，很少搭建在Windows ARM平台。文章从传感的原理、电路接口以及驱动实现三个方面来说明加速度传感器在Windows ARM嵌入式系统上的应用。

关键词： 加速度传感器； 电路接口； Windows ARM嵌入式系统； 驱动

中图分类号：TPN39 文献标志码：A 文章编号：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

加速度传感器[1]是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。加速度计有两种：一种是角加速度计，是由陀螺仪（角速度传感器）改进的；另一种是线加速度计。

线加速度计的原理是惯性原理，也就是力的平衡，A（加速度）=F（惯性力）/M（质量），所以只需要测量F即可。测量F可以用电磁力去平衡这个力，得到F对应于电流的关系，并用实验去标定这个比例系数。当然中间的信号传输、放大、滤波就是电路的事了。多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。

所谓的压电效应就是对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应。

一般加速度传感器[2]就是利用了其内部由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。当然，还有很多其他方法来制作加速度传感器，比如压阻技术，电容效应，热气泡效应，光效应等，其最基本的原理都是由于加速度使某个介质产生变形，通过测量其变形量，并用相关电路转化成电压输出。

1 加速度传感器外部接口以及与SOC接口电路

1.1 外部接口

MEMSIC器件是基于单片CMOS集成电路制造工艺而生产出来的一个完整的双轴加速度测量系统，就像其他加速度传感器有重力块一样，MEMSIC器件是以可移动的热对流小气团作为重力块。器件通过测量由加速度引起的内部温度的变化来测量加速度VDD内部数字电路电源电压输入脚，直流电源电压必须控制在+3V到+5.25V之间。

⑴ VDA：内部模拟电路电源电压输入脚。直流电源电压必须控制在+3V到+5.25V之间。

⑵ AOUTX：轴加速度感应输出脚。与之相连的器件的输入阻抗需足够高，以保证此脚的输出电流不大于100μA，灵敏度在出厂前被设置成与轴相同，但可以根据用户的要求将两个轴的灵敏度设置成不同的值。

⑶ AOUTY：Y轴加速度感应输出脚。与之相连的器件的输入阻抗需足够高，以保证此脚的输出电流不大于100μA，灵敏度在出厂前被设置成与轴相同，但可以根据用户的要求将两个轴的灵敏度设置成不同的值。

⑷ TOUT：内部温度传感器缓冲输出脚。此脚输出的模拟电压所指示的是管芯衬底的温度，此电压可用于测量周围环境温度度的变化量，而不是对温度直接测量。当环境温度发生变化时，Tout的输出电压相对于25℃时的电压就产生一个差值。用此差值可以对传感器的零点偏置和灵敏度进行补偿。

⑸ MEMSIC：标准产品选择的是内部时钟800kHz。当选择内部时钟时此脚必须接地，根据客户的特殊要求，MEMSIC可以定制使用外部时钟的产品，外部时钟的频率范围为400kHz至1.6MHz。

⑹ Vref：输出一个2.50V的参考电压。此脚的驱动能力为100μA。

⑺ GND：接地。

1.2 与SOC接口电路

加速度传感器的输出电压与加速度成正比，为了测量加速度传感器芯片的输出电压[3]，通常使用带有A/D的微控制器，具体连接方法如图2所示。Xout与A/D IN管脚之间的RC是起滤波作用，用于减小时钟噪声。加速度传感器与微控制器之间不要有高电流。电源与地之间的0.1uF的电容是去耦电容。要尽量减小加速度传感器与微控制器的距离。

为了使加速计体积尽可能地小，芯片通常采用表贴封装。最好将加速度测量板安装在可以获得理想加速度的地方，例如：能够快速地获取加速度，同时是系统的重心等。另外，加速计的安装方向也要保证[4]。

2 驱动程序实现

对于芯片的驱动程序[5]，本文从I2C的通信方式来阐述驱动的编写过程以及主要的实现。

⑴ 查看芯片手册，并查看原理图，检查芯片与ARM之间的硬件接口；

⑵ 在保证硬件电路正常连接的情形下，构建驱动的基本框架；

⑶ 上电时序部分代码编写；

⑷ I2C通信部分的代码编写；

时钟电路范文第5篇

摘要: 传统的背光源采用的是CCFL，色彩还原性差，含有对人体有害的汞蒸汽。LED背光源是一种新型的背光源，色彩还原性好，寿命长；不含汞，有利于环境保护。本文设计的直下式LED背光源，单灯电流可精确控制，光学效果良好，支持PWM调光。中尺寸、大尺寸LED背光源均可借鉴使用。

关键词:发光二极管背光;冷阴极荧光灯;色彩还原性;单片机

中图分类号：TN141 文献标识码：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显示器自身并不发光，为了可以清楚的看到LCD显示器的内容，需要一定的白光背光源[1]。背光源是存在于液晶显示（LCD）显示器内部的一个光学组件，由光源和必要的光学辅助部件构成。传统的LCD背光源采用的是冷阴极荧光灯（CCFL），色彩还原性差，含有对人体有害的汞蒸汽。LED背光源色彩还原性好、寿命长；不含汞，有利于环境保护。LED背光源的色彩还原性可以达到NTSC (National Television System Committee)标准的105%甚至120%以上。而一般CCFL灯管，仅能提供NTSC标准的72%[2]。就驱动电路而言，传统的CCFL背光，驱动线路十分复杂，要求上千伏特的驱动电压，利用专门的逆变器才能驱动起来。而LED可以低电压工作，控制较为方便。LED的诸多优点使得LED背光方案备受关注[3][4]。

本文所设计的直下式LED背光源，每四颗白灯中间有一颗RGB三合一的LED。经测试，所设计的LED背光系统，单灯电流精确可控，光学效果良好，支持PWM调光。

1 硬件结构设计

本文利用单片机作为LED的控制核心器件，选用专用驱动IC，实现整个LED背光的静态显示。硬件整体设计框图如图1所示。驱动芯片共有16通道，每个通道控制一个LED芯片。驱动芯片采用级联方式。设计中，利用单片机产生PWM方波对LED进行亮度控制。单片机处理缓存管理、亮度和点校正数据的输出。DC/DC模块给各模块供电。通过给接口提供电源、产生驱动指令信号，来点亮LED。

1.1 LED阵列及电源模块设计

LED阵列由45颗白灯和32颗RGB三合一灯组成。图2为LED阵列的分布图。白灯和RGB灯由不同的驱动芯片进行单独驱动。每颗LED芯片单独驱动。

电源模块如图1所示。电源模块（DC/DC）采用Buck转换器将12V电源转换成各个模块所需电源。整个系统需要3.5V、5V、10V和12V的电源。RGB三合一灯需要3.5V电压；白灯需要10V电压；MCU需要提供5V的电源电压。整个系统输入电压12V，此电压由外部电源转换器提供。

1.2 驱动芯片特性

驱动芯片具有点校正和灰阶调光的特点。共有16通道，每通道都可实现对LED的恒流驱动，每通道最大驱动能力80mA，每个通道可以通过PWM方式根据内部亮度寄存器的值进行4,096级亮度控制，内部每个通道亮度寄存器的长度是12位，另外，每个通道LED的驱动电路由内部6位的点校正寄存器的值进行64级控制，而且驱动电流的最大值可通过片外电阻设定。图3为驱动芯片的结构框图。（GS移位寄存器为亮度移位寄存器，DC移位寄存器为点校正移位寄存器。）

1.3各种控制信号

MCU通过SIN、MODE、XLAT、SCLK、GSCLK和BLANK接口控制驱动IC，从而控制LED阵列。

SIN为串行数据输入；

MODE为多功能输出端子，当MODE=0时，处于GS模式(亮度信号输入模式)，当MODE=1时，处于DC模式（点校正信号输入模式）；

SCLK为串行数据移位时钟,在每个SCLK的上升沿，当MODE=0输入数据和输出数据移入和移出内部192位（16通道×12）的亮度串行移位寄存器，当MODE=1输入数据和输出数据移入和移出内部96（16通道×6）位的点校正串行移位寄存器；

XLAT为数据锁存端子。在XLAT的上升沿，如果MODE=0，亮度串行移位寄存器锁存到亮度控制寄存器，随机控制亮度PWM输出，如果MODE=1，点校正串行移位寄存器锁存到点校正控制寄存器，控制电流的输出；

GSCLK为PWM控制的参考时钟；

BLANK为清零端子。当BLANK=1,所有的输出通道清零，GS计数器复位。当BLANK=0时，所有的输出通道由GSCLK控制；

SOUT为串行数据输出。驱动芯片间通过SOUT-SIN管脚级联。

2 软件程序设计

整个单片机控制LED的显示程序用C语言编写，主程序包括：单片机初始化、亮度移位寄存器和点校正移位寄存器数组初始化、单片机通过SPI模式与驱动芯片通信。主程序流程图如图4所示。单片机初始化包括输入输出端口定义、关闭看门狗、时钟初始化、端口初始化，以及定时器和中断的初始化设置。

两个二维数组分别传送GS数据和DC数据。两层嵌套循环发送数据。GSCLK在驱动芯片工作期间一直提供时钟。MODE=0，GSCLK计数，当其输出4,096个脉冲后，也即12位的每通道驱动芯片的亮度值通过并/串转换后输出，输出亮度后置MODE=1，从DC寄存器读取6位点校正数据，并/串转换后输出，这样完成了一个通道数据的输出，将一行对应所有的通道数据输出完毕后，BLANK输出一个脉冲，使整个驱动芯片复位。从MCU到驱动芯片的数据传送过程中，驱动芯片所有输出关闭，即BLANK=1。BLANK置高电平后，输出关闭。GS计数复位。

3 LED背光系统

本文所设计的LED背光源是直下式结构。主要包括：LED灯、驱动板、膜材、底反射片，边框、上框架。每四颗白灯中间有一颗RGB三合一的LED。膜材结构为：一层扩散片一层BEFⅢ+一层DBEF。背光源的色坐标为（0.29，0.28）,亮度为9,000nit，均齐度90%，色彩还原性达到105%@CIE1976。LED间电流匹配度可达1.5%。经测试，本文所设计的LED背光系统，单灯电流精确可控，光学效果良好，支持PWM调光。图5为点亮后的LED背光源。

4 结 论

设计了一种基于单片机实现直下式LED背光源静态显示的方法。针对其功能和特性，解决了相关部分的电路设计，并在所开发的系统上实现PWM调光。实验证明：该系统单灯电流精确可控，光学效果良好。中尺寸、大尺寸LED背光源均可借鉴使用。

参考文献

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