基于GD32A503车规级MCU的汽车矩阵大灯设计

汽车安全行驶对整车照明系统的要求正在向智能化方向发展。前大灯位于汽车前端两侧，前期有各种各样的实现包括氙气灯、LED灯等等光源技术。矩阵大灯对汽车照明系统朝着安全性和智能化兼具的方向发展起到了重要推动作用。矩阵大灯可以精细控制到每一个小灯珠，从而让车灯具有智能化指示，对汽车的安全行驶起到了有力保障。

矩阵大灯是依照引流矩阵的形式布局LED大灯，由若干颗LED灯珠组成，可以依照远方的灯光效果全自动调节车灯，实现了对每颗灯珠的控制做到独立开关ON/OFF并能实现亮度调节。例如可以自行开启或关掉车灯、自行转换近/远光灯、自动调节直射相对高度等，其功能除了可以对道路照明的需求，也能做到照明区域的精准指向。

矩阵LED大灯上设立了多个的照明分区，每个分区内的LED灯珠都可以在被独立控制开启、关闭，并进行亮度调节，从而实现大灯的自动开闭、自动切换远近光灯、防眩目远光灯、自动调节照射高度等功能。其优势就是矩阵式大灯能更加精准、更加安全实现多光型、多区域、高精度照明，以确保行车安全。

据不完全统计，全球有三分之二的交通事故都是在夜间发生，在我国夜间驾驶事故更是占到了交通事故总数的50%以上，因而智能灯光技术就显得尤为重要。矩阵大灯能够在各种路况之下清晰地照亮驾驶员前方的道路，每一个LED的发光原件都能够独立调节亮度控制开关。夜间行驶过程中，无论是会车或是前方有行人等情况下，矩阵大灯可以熄灭部分灯珠或者基于智能化系统进行每颗灯珠的明暗度调节，防止危险情况发生，有效提升夜间行车安全系数及驾驶体验，在前照大灯的安全性上提供了有力保障。

普通LED大灯只有两组灯组，一个为近光灯，另外一个为远光灯。而矩阵式LED大灯的两组灯组当中又分出了很多组，LED灯珠都能够独立操控，灵活的运用能够提高大灯的功能性与延展性，所以矩阵式大灯在夜间行驶的时候作用是至关重要的。

风算科技WindputeLED矩阵前大灯是基于GD32A503车规级MCU，结合LED驱动器和像素控制器的车灯解决方案，有效提升夜间行车安全系数及驾驶体验、实现智能会车等功能。

风算科技的矩阵大灯解决方案从硬件角度由三块集成电路板组成，包括MCU核心板、LED驱动板和LED矩阵灯板。

MCU核心板

围绕兆易创新GD32A503设计的MCU核心板，充分利用了GD32A503先进的 Cortex-M33内核和存储资源，配备了丰富的外围接口，基于模块化设计，未来不仅仅可搭配矩阵大灯方案，还可拓展搭配多种汽车解决方案使用

LED驱动板

利用LED驱动器通过一路SPI实现与MCU的信号连接，同时设计升压电路，实现可编程的电压电流信号输出至LED矩阵灯板

LED矩阵灯板

通过像素控制器接收LED driver功率信号，以及另一路SPI实现与MCU信号连接，最终展现可控的LED方案，确保每个LED像素亮度可调

本解决方案电路设计配置简单、灵活，其他控制外围不需做更多的修改，硬件系统框图如下所示：

GD32A503系列车规级MCU

核心主控是基于GD32A503系列车规级微控制器，该系列产品以均衡的处理性能、丰富的外设接口和增强的安全等级，为车身控制、车用照明、智能座舱、辅助驾驶及电机电源等多种电气化车用场景提供主流解决方案，遵循车规级设计理念和生产标准，符合车用高可靠性和稳定性要求。

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供应链管理符合汽车行业质量管理体系IATF 16949:2016规范认证

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遵循汽车电子通用测试规范AEC-Q100 Grade-1可靠性和安全性标准

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基于Cortex-M33内核，工作频率100 MHz，闪存访问0~3等待时间，以获得最大效率

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Flash: 128KB/256KB/384KB

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SRAM: 24KB/32KB/48KB

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提供两个12位ADC，一个DAC，一个比较器，最多一个通用的16位计时器，两个基本计时器，四个PWM高级计时器

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标准和高级通信接口: I2Cx2, SPIx2, USARTx3, I2Sx1, CANx2

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触发选择控制器（三角形）、多功能通信接口（MFCOM）、DMA请求多路复用器（DMAMUX）

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供电电压：2.7V~5,5V

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工作温度范围：-40~+125°C

LED 驱动器

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单片Boost-Buck解决方案

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9V~18V供电电压

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两路LED串高达46V

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电池电流纹波低的有源输入滤波器

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可编程输入电流限制，高电流能力，每个输出高达1.6ADC

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集成开关模式降压电流调节器

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集成升压电流模式控制器

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宽频率范围的集成PWM调光

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LED开关和调光的低EMC辐射

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用于系统参数动态控制的SPI接口

因矩阵大灯产品需要硬件在工作中进行监控，以确保安全稳定工作：

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电压：规定工作范围可靠工作。低压和高压进行保护

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电流：采用电流保护机制，确保，在各种环境正常工作

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温度：大功率器件进行监控，超过设定温度进行保护

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器件保护：对器件损坏，系统检测并保护，避免再损坏其他部件和造成安全隐患

技术参数

方案展示

▲矩阵大灯MCU核心板

▲矩阵大灯驱动板

审核编辑：郭婷