1、TLC5941恒流驅(qū)動1. TLC59411.1 芯片特性TLC5941共有28個引腳，是一個16通道的LED恒流驅(qū)動器，能夠同時驅(qū)動16個LED，每通道最大驅(qū)動能力80mA，每個通道通過12位亮度寄存器的值以PWM方式進(jìn)行4096級亮度控制。另外，每個通道LED的驅(qū)動電路由內(nèi)部6位的點校正寄存器的值進(jìn)行64級電源控制，而且驅(qū)動電流的最大值可通過片外電阻設(shè)定。TLC5941的所有內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器，亮度寄存器，點校正寄存器和錯誤狀態(tài)信息都是通過串行接口存取的，最大串行時鐘速率為30MHz。1.2管腳功能圖1-TLC5941引腳圖MODE(模式信號)：Mode=0是亮度信號輸入模式，Mode=1點校

2、正信號輸入模式。SCLK（串行時鐘）：串行數(shù)據(jù)移入內(nèi)部寄存器的時鐘上，高電平采樣。SOUT:串行數(shù)據(jù)輸出，可以輸出一內(nèi)部的一些信息數(shù)據(jù)。SIN:串行數(shù)據(jù)輸入，由SCLK控制時鐘速率。XLAT：數(shù)據(jù)鎖存，在XLAT的上升沿，如果Mode=0，串行移位寄存器的數(shù)據(jù)鎖存到亮度控制寄存器 ，控制亮度PWM輸出，如果Mode=1，串行移位寄存器的數(shù)據(jù)鎖存到點校正控制寄存器，控制電流大小的輸出。GSCLK：PWM控制的參考時鐘。BLANK：當(dāng)BLANK=1時，關(guān)閉所以的輸出管腳，即不輸出電流，GS計數(shù)器復(fù)位；當(dāng)BLAN=0時，輸出電流由PWM控制。XERR：錯誤輸出，漏極開路，當(dāng)有輸出管腳有開路或者有LE

3、D有過熱時，XERR拉低。IREF：連接參考電阻，可以由此電阻控制最大輸出電流。TEST：測試管腳，接VCC。OUT0OUT15：恒流輸出引腳。GAN：地腳。VCC：電源，3V5.5V。2.工作原理每到一個SCLK的上升沿，則從SIN管腳瑣存一個數(shù)據(jù)到輸入串行移位寄存器，當(dāng)所有數(shù)據(jù)都輸入完了，XLAT的高電平把所有輸進(jìn)來的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到內(nèi)部寄存器中。串行輸入的數(shù)據(jù)是96位還是192位是由MODE來控制的，當(dāng)MODE=1時，則是進(jìn)入DC模式，即需要輸入6*16=96個bits，當(dāng)MODE=0時，則是進(jìn)入GS模式，即需要輸入12*16=192個bits。圖2-串行數(shù)據(jù)輸入時序圖灰度級PWM循環(huán)開始于B

4、LANK的下降沿。當(dāng)計數(shù)器計到4097時，則產(chǎn)生一個中斷信號，使BLANK信號產(chǎn)生一個脈沖信號。其中DC的值控制恒流源恒流的值，即圖2中16個LED out 通道的高電平的值（電流大小），DC為6位的，所以I(out)=I(max)*DCn/63,DCn為063,n=0 to 15；而GS控制輸出恒流時間的占空比，即在4096個時鐘中，輸出恒流的時間占GS數(shù)據(jù)個時鐘，就可把亮度分為4096個灰度級。用公式Brightness in %=（GSn/4095）*100,其中GSn為04095，n表示16個通道，取值為015。SCLK和GSCLK的最大頻率為30MHz，SCLK上升沿采樣。在GS模式

5、下，當(dāng)XLAT為高電平，則數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器瑣存到GS寄存器中，在DC模式下，當(dāng)XLAT為高電平，則數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器瑣存到DC寄存器中。當(dāng)XLAT為低電平，則在GS或者DC寄存器中的數(shù)據(jù)保持不變。3.硬件實現(xiàn)由FPGA來控制TLC5941。其中的各種控制信號由FPGA內(nèi)部邏輯產(chǎn)生。其中輸入的sys_clk是50M的時鐘信號，輸出的GSCLK是5M，BLANK信號如上圖所示，即每4096個GSCLK產(chǎn)生一個BLANK脈沖。圖3-RTL級視圖圖3中data_gen模塊產(chǎn)生串行數(shù)據(jù)，led_top模塊把由data_gen產(chǎn)生的串行數(shù)據(jù)按照一定的時序要求發(fā)送給恒流芯片，來驅(qū)動LED燈。在芯片正常

6、工作的情況下做一些測試。 4.芯片測試 驗證性實驗一：測試串行輸入DC的值是否能相應(yīng)改變各通道輸出電流的值。 圖4-原理圖圖中R1=1.3K，R18=R19=22，由公式 (1) 其中V(EREF)=1.24V，R（IREF）就是原理圖中的R1，可以由此算出Imax30.04mA， (2)輸出電流I(out)由Imax和DCn的值決定。如當(dāng)DC= 6b111111時，即DCn=63時，Iout=Imax=30mA,當(dāng)DC=6b011111時，DC=31，Iout= 15mA左右。這是理論值，下面就實際測試一下。測得的R18兩端的電壓波形如下圖所示：圖5- DC=6b111111時的電壓波形通道

7、4是電流流過22前的電壓，通道3是流過后的電壓，它們的差值為第三個波形的數(shù)值，可以估計電壓在0.7V左右。由此算出Iout1=0.7V/2231.8mA與30.04mA基本吻合。圖6-DC=6b011111時的電壓波形即DC=31,以同樣的方法算出電阻兩端的電壓應(yīng)該為DC=63時的一半左右，正如圖中電壓波形所示，此時電壓正是DC=63時的一半。 結(jié)論：DC的值能決定輸出各通道恒流電流值的大小。實驗二：在DC不變，改變負(fù)載，測試電流是否恒流。在此實驗一的基礎(chǔ)上，在通道一上并聯(lián)兩個LED燈時，可以觀察到電流沒有變化，并聯(lián)三個LED燈時電壓形波也沒有變化。當(dāng)串聯(lián)兩個LED燈時，由于LED燈電壓不夠，

8、使得LED沒有亮，雖然電阻兩端電壓有變化，但是壓降很小，所以當(dāng)加大V(led)的電壓時，使得兩個LED都亮?xí)r，可以看到電流也是恒流的，即計算出來的電流值與由DC值計算出來的電流是一樣的。另外，在不同通道輸入的DC值相同時，而串聯(lián)的電阻值不一樣時，計算出來的電流值是也是一樣的。結(jié)論：改變負(fù)載，不會影響輸出電流。實驗三：當(dāng)DC不變，改變LED燈的電壓V(led)，測試電流是否恒流。當(dāng)改變V(led)從3V8V的范圍內(nèi)，輸出電流幾乎不變，即與DC值計算出來的輸出電流值一樣；小于3V或者大于8V時，電流的大小就不是由DC值計算出來的電流大小，此時再變電壓值時，電流會改變，即不再恒流。結(jié)論：改變電壓，在

9、一定范圍內(nèi)恒流。綜上所述：芯片在一定條件下能夠恒流。恒流條件包括最大輸出電流必須大于5mA以上，輸出電壓在2V以上。其輸出電流與輸出電壓的關(guān)系如圖7所示。圖7輸出電壓與輸出電流探索性實驗：實驗四： 測試能否提高GS值的刷新頻率。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊上的時序圖可知：每個通道更新GS數(shù)據(jù)輸出的時間是由BLANK和GSCLK來決定，GSCLK的時鐘能否從4096減少到1024，相應(yīng)的BLANK也相應(yīng)地改變，觀察芯片是否能正常工作。圖8 BLANK與GSCLK時序由于在具體芯片應(yīng)用中不需要太大的灰度級，而GS數(shù)據(jù)的刷新時間要求在60us左右，在時鐘頻度25M時，4096個時鐘則需要164us左右，所以刷新時間

10、不能滿足要求，故需要減少GSCLK時鐘為1024產(chǎn)生一個BLANK信號。圖9是示波器顯示的測試電阻上的電壓波圖。圖9電壓波形實驗時，用到兩個通道，第一個通道的GS數(shù)據(jù)為1024，第二個通道的GS數(shù)據(jù)為512，可以觀測到后者的占空比正好是前者的一半。GS數(shù)據(jù)的刷新時間從圖中也可以觀察到是40us。芯片也能正常工作，測試效果良好。結(jié)論：能夠提高GS值的刷新頻率。實驗五：按照時序初始化完GS寄存器與DC寄存器后，如果不要求GS與DC再改變，在不再向寄存器中寫入數(shù)據(jù)的情況下，測試其輸出電流值與占空比能否保持正確。在下載完程序后，觀察到LED已經(jīng)點亮，而測試電流與占空比都正確的情況下，把其它信號線都接低

11、電平，而只留BLANK與GSCLK信號來控制，其電流輸出不變。所以結(jié)論是GS寄存器與DC寄存器在不掉電的情況下可以保持?jǐn)?shù)據(jù)，控制電流的輸出，而不需要重復(fù)向其寫值。這樣可以減少芯片的功耗。 實驗六：并聯(lián)多路LED燈，測試總電流是否為各路之和。圖10并聯(lián)電路圖由于在實際應(yīng)用中會用到大功率的LED燈，電流需要250mA左右，而此芯片單路最大電流是80mA，所以需要并聯(lián)幾路同時向一個LED燈提供電流。此次實驗單路最大電流設(shè)定在63mA，需要提供250mA電流則需要4路通道，圖10中的R1用于測試電流；D1為功率為1W，最大電流為300mA的LED。在測試過程中，4路DC值均設(shè)為最大，即63mA，當(dāng)VCC_LED為3.3V時，通過R1兩端的電壓差計算出總電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于250mA，當(dāng)加大VCC_LED到6V左右則電流就會增加到200左右mA，而且在6V到10V之間恒流，芯片非常發(fā)熱。結(jié)論：并聯(lián)多路，總電流是為各路電流值之各。實驗七：三路循環(huán)顯示，通過程序來設(shè)計動態(tài)顯示。主要設(shè)計思路是RGB三個LED燈，每一個BLANK只顯示一路通道，即RGB三個燈中只有一路輸出電流，這是通過每次寫出GS的值不同來達(dá)到效果。測試圖如圖11。圖11 三路