用LED测光和发光

关键词： LED , 测光

LED在便携设备中一般用于显示电源状态、电池状态，或蓝牙连接的活动。LED可以是决定电池寿命的主要因素，因为它们的亮度与功耗成正比。采用一种简单的电路，Altera公司的MAX IIZ CPLD可以测量其所处环境的模拟光照水平，然后以一个成比例的模拟强度水平驱动一只LED发光。一只LED和偏置电阻可以同时完成测光与发光。图1中的电路只需要45只逻辑元件，而CPLD的编程能力使之能够快速调节电路参数，以适应任何LED的特性。

图1，这款简单的MAX IIZ电路用一只LED作发光器和传感器。

　　通过增加闪光周期、减少闪烁脉冲宽度，或降低光强，还可以节省一个闪烁LED的功耗。根据环境光来控制LED的亮度，将LED的能耗降低47% 以上，而不影响其外观。图1的电路采用Altera EMP240ZM100C7N CPLD、LED、电阻和时钟源，使LED按与环境光成正比的强度作闪烁。电路包含一个驱动LED的PWM（脉宽调制器）、一个光强测量块、以及一个控制状态机和定时器。

　　状态机包括一个热态，由一个初始为二进制00000001的8 bit移位寄存器构成。12位计数器Count 12的进位生成一个8Hz的使能信号，给状态机Shift8。因此，状态机八个状态中，每一个都持续有效125 ms。在复位态State 0时，PWM Count4与光测量块Count 8被复位。State 1是光强测量态，它使能一个频率计数器Count 8。Count 8被使能125 ms，计算离开光传感器的循环。电路探测光是通过偏置LED和限流电阻，使LED的负极端为逻辑1。正极连接到一个张弛振荡器，使正极开始时为逻辑0。 LED根据照射到LED上的光线量，成比例地拉高正极。反偏的LED作为一个太阳电池芯，输出电流与光强成正比。一旦慢速上升的正极信号达到输入缓冲的阈值，则Pin 1信号变为零，D触发器DFF翻转为零，将正极信号驱动至零，使Pin 1脚为逻辑1，并在下个时钟周期上使输入缓冲为三态，使正极信号再次上升。

　　振荡器1的频率与光强成正比，亮光下的典型频率约2000 Hz。振荡器1的信号驱动Count 8的时钟。Count 8在State 0复位，然后在State 1 使能125 ms。在亮光下，Count 8可以在测量结束时计数到250，而在弱光下，它可能只计数到16。计数器的COUT信号反馈给使能端，计数为255时饱和，防止过强的光使计数器反转回零，从而导致虚假测量。

　　State 2是LED的闪烁态。这个状态以PWM控制亮度，使LED闪烁125 ms。在State 2时，负极和正极脚均偏置为发光模式。发光模式将正极信号强拉至VCC。负极连接至PWM的输出。负极上的逻辑0使LED发光，而逻辑1则使之熄灭。负极信号是PWM输出的反相形式。

　　在本例中，PWM为4位分辨率，但也可以使用更多的位或更少的位。PWM包括二进制计数器Count 4和一个二进制4位加法器。Count 4计数器在State 2使能，而循环输出连接到4位加法器的A输入。加法器的B输入端连接到光传感器频率计数器的四个MSB（最高有效位）上。加法器的进位输出是PWM输出。加法器的进位输入是一个恒定的逻辑1。

　　下面举例说明PWM的工作方法：
　　当Count 4为0~14时，来自亮度测量的逻辑0都在进位端得到一个逻辑0，而当Count 4为15时则是逻辑1。这种6.25%的占空比是一个极低亮度水平。

　　当Count 4为0~7时，亮度测量值7可在进位端得到一个逻辑0，而当Count 4为8~15时则是逻辑1。这种50%的占空比是一个中等亮度水平。

　　对任何Count 4值，亮度测量15在进位端都得不到逻辑0，而当Count 4为0~15时，均为逻辑1。这种100%的占空比是一个满亮度水平。

　　State 3~7的唯一功能是等待下一个LED闪烁周期。你可以增加或删除状态，修改闪烁的速率。