利用隨處可見(jiàn)的 555 定時(shí)器 取代 LED 驅(qū)動(dòng)器的uP

摘要
本文詳細(xì)介紹如何使用便宜的 555 定時(shí)器，在一些不需要 LED 驅(qū)動(dòng)器全部功能的應(yīng)用中，代替微處理器對(duì)專用 LED 驅(qū)動(dòng)器實(shí)施控制。這樣做可讓用戶在降低總系統(tǒng)成本的同時(shí)，維持 LED 驅(qū)動(dòng)器的恒定電流。

相比幾年以前，現(xiàn)在使用 LED 的應(yīng)用越來(lái)越多。這些應(yīng)用從高端視頻顯示器到低端照明應(yīng)用，不一而足。設(shè)計(jì)人員通常只需要專用 LED 驅(qū)動(dòng)器的部分功能，但卻無(wú)力負(fù)擔(dān)控制它們所需的微處理器的相關(guān)成本費(fèi)用。

專用LED驅(qū)動(dòng)器常常被設(shè)計(jì)為微處理器控制型，旨在實(shí)現(xiàn)諸如模擬或脈寬調(diào)制(PWM) LED 電流控制、每個(gè) LED 的獨(dú)立控制、LED 狀態(tài)和故障信息讀取等特性。對(duì)于一些僅要求恒定 LED 電流的應(yīng)用（例如：LED 照明或者發(fā)光）來(lái)說(shuō)，可能不需要這些高級(jí)特性。在這些應(yīng)用中，諸如 TLC555 的 555 定時(shí)器可以代替微處理器，從而在實(shí)現(xiàn) LED 電流精確控制的同時(shí)降低系統(tǒng)成本，其與輸入電壓、溫度和 LED 正向壓降無(wú)關(guān)。

例如，TLC5917 是一款專用 LED 驅(qū)動(dòng)器，其控制八個(gè)獨(dú)立的恒流電流阱。正常情況下，它要求一顆微處理器，以驅(qū)動(dòng)四個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)。指令/OE（允許輸出）激活和關(guān)閉 IC。串行數(shù)據(jù)輸入 (SDI) 數(shù)據(jù)在時(shí)鐘 (CLK) 上升沿被時(shí)鐘輸入至 IC 的輸入移位寄存器。移位寄存器中的數(shù)據(jù)在 LE 下降沿（鎖閉）轉(zhuǎn)入內(nèi)部開(kāi)/關(guān)鎖存器中。當(dāng)需要 LED 電流的簡(jiǎn)單 LED 開(kāi)/關(guān)控制時(shí)，下列電路使用隨處可見(jiàn)的 555 定時(shí)器，來(lái)代替微處理器控制。

圖 1 TLC555 定時(shí)器代替 LED 驅(qū)動(dòng)器的微處理器

TLC5917 輸出可以驅(qū)動(dòng)八個(gè)獨(dú)立 LED，或者也可以并聯(lián)其輸出以提高電流能力來(lái)驅(qū)動(dòng)單個(gè)更高功率的 LED。其內(nèi)部電流設(shè)置寄存器具有默認(rèn)啟動(dòng)值。這些值與Rext 共同設(shè)置 LED 電流。在這種應(yīng)用中，Rext 將每個(gè)輸出的電流設(shè)置為 IOUT = 18.75A / Rext = 18.75A / 178 ohm = 0.105A。將所有輸出并聯(lián)連接，得到 0.842 A 的 LED 電流。

上電時(shí)，內(nèi)部開(kāi)/關(guān)鎖存器默認(rèn)將所有輸出開(kāi)或者關(guān)至“0”，因此在輸出開(kāi)啟以前這些鎖存器必須被設(shè)置為“1”。555 定時(shí)器代替微處理器實(shí)現(xiàn)該功能。CLK 和 LED 都同時(shí)連接至 555 定時(shí)器的方波輸出。在每個(gè) CLK 上升沿，SDI 數(shù)據(jù)被移位至 TLC5917 輸入移位寄存器中。在 LE 的下降沿，該數(shù)據(jù)被鎖存至開(kāi)/關(guān)鎖存器中。由于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移和鎖存發(fā)生在不同的時(shí)鐘沿，因此 CLK 和 LE 引腳可以連接至相同輸入時(shí)鐘信號(hào)。通過(guò)硬連線/OE 接地，IC 被永久性地激活。SDI 可連接至 Vcc，以在上電時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟 LED。這種連接“1s”連續(xù)計(jì)時(shí)，以開(kāi)啟所有輸出。我們還可以將 SDI 連接至一個(gè)開(kāi)關(guān)或者數(shù)字輸入，以實(shí)現(xiàn) LED 開(kāi)/關(guān)控制。之后，可將 SDI 拉至 Vcc，所有“1s”連續(xù)計(jì)時(shí)，從而開(kāi)啟輸出。否則其將被拉至接地，所有“0s”連續(xù)計(jì)時(shí)以關(guān)閉輸出。

555 定時(shí)器的時(shí)鐘速度決定了 LED 開(kāi)關(guān)的快慢。每個(gè) LE 下降沿將 SDI 數(shù)據(jù)鎖存至另一個(gè)八內(nèi)部開(kāi)/關(guān)鎖存器中時(shí)，八時(shí)鐘脈沖期間 LED 電流在 0-100%之 間斜坡變化，從而開(kāi)啟或者關(guān)閉另一個(gè)八輸出。圖 2 顯示了產(chǎn)生的階梯狀 LED 電流，其隨每個(gè)連續(xù) LE 下降沿而增加和減少。即使是相對(duì)較慢的 10 kHz 時(shí)鐘頻率，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)僅為 0.8mS 的關(guān)-開(kāi)和開(kāi)-關(guān)過(guò)渡，我們?nèi)搜蹖?duì)此的感覺(jué)僅是一瞬間。利用非常慢的時(shí)鐘頻率可以實(shí)現(xiàn)逐漸開(kāi)和關(guān)。將時(shí)鐘頻率設(shè)置為 0.1Hz，可以在 0.8 秒時(shí)間內(nèi)逐漸開(kāi)啟和關(guān)閉 LED。

圖 2 10 kHz 時(shí)鐘頻率時(shí)的 LED 開(kāi)啟和關(guān)閉情況

作者簡(jiǎn)介

Michael Day 現(xiàn)任 TI 電源產(chǎn)品部電源管理應(yīng)用總監(jiān)，在電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域擁有 16 年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)前 Michael 主要負(fù)責(zé)管理 TI DC/DC 電源應(yīng)用產(chǎn)品部。他畢業(yè)于德州理工大學(xué) (Texas Tech University)，獲電子工程理學(xué)士學(xué)位，后又獲電子工程碩士學(xué)位，研究方向?yàn)槊}沖電源。Michael 現(xiàn)為 IEEE 會(huì)員，發(fā)表了 60 余篇關(guān)于電源、便攜式電源以及照明方面的論文。