基于可编程混合信号集成电路实现LED降雪效果灯

LED 降雪效果灯电路设计

使用一颗Silego 公司型号为SLG46620V 的GreenPAK系列可编程的混合信号集成电路产品来实现64颗LED的 降雪效果灯。这个方案由一颗芯片产生连续的亮度平缓过度的移动光条来模拟下雪的效果。SLG46620V 只有17 个可配置的通用输入输出（GPIO），而对于64个LED灯来说如果每个都有专用的输出是远远不够了。为了解决这个问题，我们使用了动态动态扫描方式。将64个LED分成8组，每组包含8个LED并按顺序依次点亮。

参考图1、2 GreenPAK开发环境中设计图。


图1. LED 降雪效果灯电路设计 (Matrix 0)


图2. LED 降雪效果灯电路设计 (Matrix 1)

LED 降雪效果灯电路分析

这篇设计包含有一个6 bit计数器 (来自6个D型触发器) 可以从0计数到 63。由8个查找表组成的系统通过高3位的数据来决定8组LED中的哪一组连接到VDD。

另外一组查找表通过低3为数据来控制对应的LED到地连接。由此便可决定哪个LED灯会亮(见图3, 4)。


图3. LED 降雪效果灯连接原理图


图4. LED 降雪效果灯计时图

以上所述的系统会逐一切换每个LED灯，形成一排中所有LED顺序点亮的效果。如果将LED的原本接地的一端连接到PWM发生器，由此就可以得到沿着一个方向均匀移动并且前后沿都很柔和的光条。PWM（脉宽调制解调器）由两个计数数据值为100和99的计数器组成。鉴于计数器重置（高电平重置）会同时进行，因此计数器便会同步计数比较两个计数器的输出会看到两个脉冲输出的距离会随时间变化。使用一个3输入的LUT 7 来实现一个类似Latch功能，使得当第一个CNT输出高的时候锁存输出，第二个CNT输出高的时候释放锁存（见图5)。


图5. PWM 脉宽调制解调器功能图

这便是如何及时获得动态变化的PWM占空比。为了使64个LED中的20-30%的灯成直线移动，并且需要在光带移动到尾部的时候停止PWM。。我们使用一个2输入的LUT2，配置成与门来实现这个功能。这个与门的输出会作为Pipe Delay的CK输入（这个Pipe Delay实际等效为一个DFF 触发器）。当最后一个PWM脉冲到来或者CNT0输出复位信号时，2输入的LUT2会输出高电平。将Pipe Delay的IN端口接到CNT0的输出，这样当PWM复位的时候，Pipe Delay输出高，当PWM输出最后一个脉冲的时候会输出低。这样就会在适当的时间停止PWM输出。

设计中的另外一个系统是用来确保一次光带移动完成，所有的LED都关闭后才启动新一轮光带移动的动作。通过增加3个虚组来实现这个效果。具体来说就是当第八组LED点亮之后，通过一个6bit的计时器来计时3组LED点亮需要的总时间，然后再关闭第八组LED。

因此我们便会得出8+3 = 11 组。CNT0计时时间必须等同于11组切换的总时间。但是这样做结果是LED灯条没有任何显示。需要调整CNT0的计数值来调整光带的速度和方向。

了实现复位功能，我们使用Pin2输入高电平来复位系统。

总结

仅仅使用一个SLG46620V IC, 便可创造适用于照明、装饰、方向指示器以及广告显示屏应用的LED降雪效果灯。

模拟下雪的效果可通过以下链接观看完整视频：
https://www.youtube.com/watch?v=UdNEL6mWgZU