В устройствах с батарейным питанием светодиоды могут выполнять функцию индикатора включения питания, индикатора состояния батарей, указывать на активность канала Bluetooth и пр. Нередко светодиоды бывают основными потребителями тока. С помощью простой схемы, основанной на ПЛИС семейства MAX IIZ фирмы Altera, можно сделать устройство, измеряющее окружающую освещенность и изменяющие интенсивность свечения светодиода пропорционально интенсивности внешнего света. В качестве источника света и датчика освещенности используется один и тот же светодиод, с одним и тем же резистором смещения. Для изображенной на Рис. 1 схемы потребовалось всего лишь 45 логических элементов. Возможность перепрограммировать ПЛИС позволяет легко адаптировать параметры схемы под характеристики любого светодиода.
.gif)
Кликните для увеличения
Рисунок 1. В этой несложной схеме на MAX IIZ светодиод используется и в качестве источника, и в качестве датчика света.
Мощность, рассеиваемую на светодиоде при импульсном питании можно уменьшить увеличением периода импульсов, уменьшением длительности импульса, или уменьшением амплитуды. Основанное на слежении за окружающей освещенностью управление яркостью свечения светодиода, экономит более 47% энергии без ущерба для субъективной видимости. На Рис. 1 показана схема, основанная на ПЛИС Altera EMP240ZM100C7N, светодиод, резистор и генератор, вырабатывающий импульсы засветки светодиода, посредством которых обеспечивается пропорциональность интенсивности его свечения уровню окружающего освещения. Схема содержит ШИМ (широтно-импульсный модулятор) для управления светодиодом, блок измерения интенсивности освещения, и управляющий автомат с таймером.
Цифровой автомат включает в себя One-Hot элемент, содержащей 8-битный сдвиговый регистр инициализированный двоичным кодом 00000001. На выходе переноса 12-разрядного счетчика Count 12 генерируется 8 герцовый сигнал разрешения для цифрового автомата Shift 8. Таким образом, каждое из восьми состояний цифрового автомата активно в течение 125 мс. В Состянии 0, состоянии сброса, блок счетчика ШИМ Count 4 и блок измерения освещенности Count 8 сброшены. В Состоянии 1, состоянии измерения интенсивности освещенности, разрешается работа счетчика Count 8, который в течение 125 мс подсчитывает импульсы от датчика освещенности. Чтобы сконфигурировать светодиод для измерения освещенности, его катодный вывод подключается к логической «1». Анод подключается к релаксационному генератору, который запускается при логическом «0» на аноде. Сопротивление светодиода обратно пропорционально количеству падающего на него света. Обратно смещенный светодиод работает как солнечная батарея, его выходной ток пропорционален освещенности. Когда медленно нарастающий сигнал на аноде достигает порога переключения входного буфера, сигнал Pin 1 переходит в «0», а D-триггер DFF переключается в «0» и подключает к «0» анод светодиода. Сигнал Pin 1 переходит в состояние логической «1», и в следующем цикле переключает в третье состояние входной буфер, давая возможность вновь нарастать сигналу на аноде.
Частота генератора Oscillator 1 пропорциональна уровню освещенности. При ярком свете это примерно 2000 Гц. Импульсы генератора Oscillator 1 поступают на тактовый вход счетчика Count 8. Count 8 сбрасывается в Состоянии 0, а в Состоянии 1 на 125 мс разрешается счет. При ярком свете, к концу измерения счетчик Count 8 может досчитать до 250, а при низкой освещенности только до 16. Сигнал счетчика COUT образует цепь обратной связи, запрещая счет счетчику по достижении значения 255, чтобы не допускать интенсивного свечения светодиода за счет выполнения некорректных измерений из-за возврата счетчика в ноль.
Состояние 2 отведено для включения светодиода. В течение 125 мс светодиод светится с интенсивностью, задаваемой параметрами ШИМ. В Состоянии 2 анод и катод светодиода скоммутированы для измерения освещенности: анод подключен к VCC, а к катоду подключен выход ШИМ. Светодиод зажигается при логическом «0» на катоде, и выключается при логической «1». Сигнал на катоде представляет собой инверсию сигнала ШИМ.
В этом примере ШИМ имеет разрешение 4 разряда, но можно сделать и больше, и меньше. Схема ШИМ содержит двоичный счетчик Count 4 и 4-разрядный двоичный сумматор. Работа счетчика Count 4 разрешается в состоянии 2. Его выходы подключены ко входу A 4-разрядного сумматора. Ко входу B сумматора подключены 4 младших бита счетчика блока измерения интенсивности освещения. Выход переноса сумматора является и выходом ШИМ. Вход заема сумматора постоянно подключен к логической «1».
Работу ШИМ поясняет следующий пример:
- При логическом «0» на выходе блока измерения освещенности, на выходе переноса счетчика Count 4 будет «0», если счетчик в состояниях от 0 до 14, и «1» в состоянии 15. При этом скважность равна 6.25% (1/16 ) и интенсивность свечения очень низкая.
- Когда на выходе блока измерения интенсивности 7, на выходе переноса счетчика Count 4 будет «0», если счетчик в состояниях от 0 до 14, и «1», в состояниях от 8 до 15. При соответствующей скважности 50% яркость свечения будет средней.
- Когда на выходе блока измерения интенсивности 15, на выходе переноса счетчика Count 4 логического «0» не будет никогда, т.е., при любом состоянии счетчика Count 4, от 0 до 15, на выходе переноса будет «1». Скважность будет равна 100%, а яркость свечения светодиода максимальной.
В состояниях от 3 до 7 не происходит ничего. Это просто пауза в ожидании следующей вспышки. Изменяя количество состояний, можно управлять интенсивностью вспышек.
