使用具有单输入的 TPLD 控制 RGB LED

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什么是 RGB？

当不同颜色的 LED 靠得很近时，LED 发出的光可以混合在一起，在人眼观察时似乎形成了一个颜色阵列。使用此属性的设计人员可以使用三个 LED 形成彩虹颜色，每个 LED 的颜色不同 - 红色、绿色和蓝色。将三种独立颜色转换为一种合并颜色的一种方法是，使用 HSV（色调、饱和度和值）颜色模型。该模型描述了红色、绿色和蓝色光源不同相对功率值组合的结果。

图 1 功率敏感型 HSV 模型

通常，为了控制 RGB 光源，设计人员可以使用三个 LED 输入：一个输入控制一种颜色。在具有小型 MCU 或可用控制引脚有限的系统，或者需要从控制器远距离驱动控制信号的系统中，这可能会成为一个问题。由于用户需要有效地发送三个信号来控制单个输出，因此这也使由用户直接控制的 LED 复杂化。

使用 TI 的可编程逻辑器件 (TPLD)，设计人员可以将单个控制信号转换为 RGB 值。通过利用 TPLD 的可配置性，用户可实施适合其独特系统的 RGB 控制方法。下面显示了几个可采用的控制方法的简单示例。

连续扫描控制方法

此控制方法通过连续功率敏感型 HSV 模式扫描 RGB LED，如图 2 所示。请注意，此控制方法遵循图 1 中所示的功率敏感型 HSV 模型。

图 2 TPLD 上的功率敏感型 HSV 模型

当 TPLD 输入接收到脉冲时，此输入会停止扫描，并且 LED 会在检测到输入信号时将所处的颜色保持不变。它会保持该颜色直到接收到新脉冲，如图 3 中所示。

图 3 连续扫描 RBG 控制方法输出

此方法非常适合人控系统，因为用户可以轻松地从一系列颜色中进行选择，而无需其他用户界面。连续扫描控制方法的 InterConnect Studio (ICS) 设计如下所示。组 0 和 1 与所示的电路等效，用于创建蓝色输出。

图 4 ICS 中的连续扫描 RBG 控制方法

轮换 LED 控制方法

该控制方法允许设计人员一次控制一种颜色。在高电平输入脉冲上，其中一个红色、绿色或蓝色 LED 的相对功率会增加，在达到最大电势功率后循环回 0。发送下一个输入脉冲后，该脉冲将控制 RGB 序列中的下一种颜色，在成为蓝色之后循环回红色。图 5 所示为通道 1，其中显示输入，而其他通道显示 RGB 输出。

图 5 轮换 LED 控制输出

这种方法非常适合 MCU 受控系统，因为 MCU 可以轻松跟踪当前 LED 颜色并可以计算脉冲变为所需颜色所需的持续时间。虽然此方法可以通过一系列颜色循环到达目标颜色，并通过 MCU 控制输入脉冲，但这种方法很容易实现颜色循环，达到所需颜色的速度比人类感知到的速度更快。与输出一致亮度的连续扫描示例不同，该方法还允许设计人员独立控制每个 LED 的亮度。图 6 中显示了轮换 LED 控制方法的 InterConnect Studio (ICS) 设计。

图 6 ICS 中的轮换 LED 控制方法

系统设计

上面显示的两个示例可作为构建基线（如果需要）。可以向控制器添加许多改进和特性，以使该基线与设计人员的系统更兼容。例如，可在系统输入端添加智能按钮，这样一来，如果输入保持高电平足够长时间，系统可复位至已知状态。

图 7 ICS 中的智能按钮

智能按钮输出在轮换 LED 控制原理图中实现，可以将触发器和 PWM 发生器复位为系统的初始状态。轮换 LED 控制方法的 ICS 设计增加了复位功能。在此设计中，一旦输入变为高电平的时间略长于整个 LED 周期，智能按钮就会输出高电平。

图 8 ICS 中具有复位的轮换 LED 控制方法

将此项添加到控制方案中，这样 MCU 可以在必要时重新获得对 LED 的控制，使得以电子方式控制 LED 更容易。如果 MCU 需要复位，可强制 LED 恢复启动条件。如图 9 中所示，示波器屏幕截图显示了增加了重置功能的轮换 LED 控制设计的功率平均输出。请注意，RGB 输出在长输入脉冲后复位为启动条件。

图 9 具有复位输出的轮换 LED 控制方法

轮换 LED 控制设计输入上的智能按钮存在另一种用途，即允许使用短脉冲控制颜色的变化。图 10 中显示了增加通道选择功能的轮换 LED 控制方法的 (ICS) 设计。在此设计中，一旦输入保持高电平的时间超过 LED 完整周期的约四分之一，智能按钮就会输出高电平。

图 10 ICS 中具有通道选择功能的轮换 LED 控制方法

在此设计中，LED 亮度只有在高电平输入出现短暂的延迟后才会变化，因此短暂的输入脉冲可以在 LED 中轮换而不影响输出。

如图 11 中所示，示波器屏幕截图显示了增加了通道选择功能的轮换 LED 控制设计的功率平均输出。请注意，蓝色输出不会由于短脉冲而发生变化，因此允许控制器从绿色输出移动到红色输出。

图 11 具有通道选择特性输出的轮换 LED 控制方法

TPLD 让设计人员只需使用一个器件即可自定义自己的控制方案，从而满足其系统的独特限制。这可以减小总设计尺寸，并为系统带来独特的优势，例如限制 MCU 的负载以控制输出或简化面向用户的界面。有关 TPLD 的更多信息，请访问 TPLD1202 产品页面或在 TI E2E™ 逻辑支持论坛上向我们的工程师提问。

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