MAX6964 LED驱动器的PWM亮度控制

MAX6964是大电流输出、17端口LED驱动器，具有8位脉冲宽度调制(PWM)亮度控制功能。每个端口支持最大50mA的吸收电流。流入地引脚的最大总吸收电流被限制为350mA。8位PWM亮度控制被分成应用于所有端口的4位主机控制，以及另外4位独立端口控制。主机亮度控制可以用于调整普通设备LED亮度，以适应环境亮度变化，例如汽车在白天和晚上的情况。独立端口控制可以用于产生符合应用需求的亮度。或者，可以采用4个全局控制位来同时控制所有独立端口的亮度。寄存器0x0E的D0位到D3位可以用于全局或者端口O16亮度控制，而且，可以结合主机和独立亮度控制功能来产生所有端口的渐暗效果。

大家通常都知道，如果光源接通/关断足够快，那么，人眼感觉到物体是一直亮着的。PWM亮度控制功能改变接通时间，同时将接通/关断保持在固定频率上，从而调整感知亮度。为避免闪烁效应，PWM接通/关断频率一般要高于100Hz。MAX6964的PWM亮度控制由内部振荡器进行驱动，额定频率为32kHz。MAX6964的PWM持续240个时钟周期，产生32000/240 = 133.33Hz的PWM接通/关断频率。

当相应的极性位是0时，和MAX6964输出相连接的LED的亮度取决于主机和独立端口控制的重叠接通时间(逻辑低电平)。

MAX6964的主机亮度控制由寄存器0x0F的D7–D4位确定。这4个主机控制位将PWM周期分成15个时间片。主机接通时间片分别是0001、0010、...、1101和1110位模式的1/15、2/15、...、13/15和14/15。

每个端口以4位分组的独立端口控制位位于寄存器0x10至0x17。端口16控制位位于寄存器0x0F的D3至D0。如果使能了该选项，寄存器0x0F的这些位(D3–D0)也被用于全局控制。每个主机时间片含有16个内部振荡器时钟周期。这些时钟周期可以分别工作在具有0000、0001、...、1110和1111位模式的1/16、2/16、...、15/16和16/16。

图1显示了当极性为是0时，相应于0010位模式2/15主机接通时间的端口输出波形，以及相应于0001位模式2/16独立端口接通时间的端口输出波形。有两种主机接通时间片，二者都可以接通2/16，由独立端口的接通时间决定。

端口7到端口0以及端口15到端口8的相位0极性位分别位于寄存器0x02和0x03。同样的，端口7到端口0以及端口15到端口8的相位1极性位位于寄存器0x0A和0x0B。端口16的极性由寄存器0x0F的相位1 (D5)和相位0 (D4)位指示。当没有使能闪烁特性时，只和相位0极性位有关。

图2显示了具有相同主机和独立端口位模式0010和0001的端口输出波形，但是极性位是1。对比图1和图2，可以看出，接通和关断时间相反—它们构成了互补波形。最好采用极性0来设置亮度等级，但是闪烁时需要采用极性1。

MAX6964驱动LED时，触发BLINK输入，或者翻转闪烁翻转位(寄存器0x0F的D1)，使其闪烁(接通和关断)。闪烁使能位(寄存器0x0F的D0)必须设置为1，以激活BLINK输入和闪烁翻转位。每次闪烁时，主机控制器需要改变BLINK输入逻辑电平或者写入MAX6964。使能闪烁(D0 = 1)后，某一端口的LED极性与相位0或者相位1相关，具体取决于BLINK输入和闪烁翻转位异或的结果是0还是1。

为激活所需端口的闪烁功能，相应的相位0和1极性位必须不同。当使能了闪烁后，由于PWM亮度控制还在起作用，闪烁LED不但可以接通和关断，而且还可以受控，在正常和互补波形基础上，亮度在较亮和较暗模式之间变化。而且，通过分别选择不同端口相位0和1逻辑电平，它们能够反相闪烁，或者根本就不闪烁。例如，设置端口1相位0位为0，相位1位为1，端口2相位0位为1，相位1位为0，使它们反相闪烁。设置端口的相位0和相位1位同时为0或者1将使端口停留在较亮或者较暗模式中。

图3显示了最初以及互补波形相位0和相位1的闪烁。相位0和相位1的持续时间取决于主机控制器的工作，一般要比明显闪烁的单个PWM周期长得多。

下面的I²C命令序列发送给MAX6964，以接通LED，达到一定的PWM亮度等级。

下面的3条I²C写命令可用于接通O16 LED，达到最小亮度等级。MAX6964的I²C器件地址是0x49。

0x49 0x0F 0x30                  // Turn off the global bit
0x49 0x0E 0x10                  // Select 1/15th for master and 1/16th
                                // for O16
0x49 0x0F 0x00                  // Set phase 0 and 1 polarity bits of 
                                // O16 to 00

可以采用下面的I²C写命令来接通所有的LED，达到最小亮度等级。

0x49 0x0F 0x30                  // Turn off the global bit
0x49 0x0E 0x10                  // Select 1/15th for master and 1/16th for O16
0x49 0x0F 0x00                  // Set phase 0 and 1 polarity bits of O16 to 00
0x49 0x10 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 // Set 1/16th for all ports
0x49 0x02 0x00 0x00             // Set phase 0 polarity bits for all ports

最后两条命令利用了寄存器地址自动递增特性，支持使用单条写命令写入多个寄存器。

LED有时需要在上电期间逐渐接通。可以在每个主机设置中，设置主机控制为低到高，改变每个端口控制为从低到高，从而调整LED亮度从低到高。由于某些主机和独立端口组合产生相同或者相似的亮度等级，并不需要进行所有的设置来产生亮度递增。在高亮度等级上，必须跳过某些底层独立端口设置(表1)。由于跳过了某些相同或者相似的亮度等级，亮度等级的增加基于双环(主机亮度变化为一个环，独立端口为第二个环)。表1只显示了240种组合中的59步。

下面的文本是伪编程代码，在LoopLength x WaitTime秒内逐步接通LED。I²C程序向MAX6964寄存器发出一条写命令，提供由阵列定义的亮度。利用寄存器地址自动递增特性，可以完成多次写操作。

LoopLength;                             // Total number of step in the increase in 
                                        // intensity 
MasterPort(2, LoopLength);              // Array for master/port setting pairs of every 
                                        // step
StepTime;                               // Lighting duration at each intensity step
For i = 1 to LoopLength                 // Start intensity increasing loop
I2C(Write, 0x0E, MasterPort(1, i));        // Set master intensity level
I2C(Write, 0x10, MasterPort(2, i), MasterPort(2, i), ...); // Set port 
                                        // intensity 
                                        // levels
Wait(StepTime);                         // Lighting up
End                                     // End loop

LED亮度等级取决于主机和独立端口PWM控制位选择。两个不同的主机和独立端口组合可以复现某些亮度等级。另一方面，某些亮度等级则不可能由任何组合实现。表2列出了对应于主机和独立端口PWM亮度控制位的亮度等级。亮度等级是当极性位为0时，表中的数字除以240。该表沿对角线对称，从左上角第二行到右下角倒数第二行。

表2中，注意，16之前的整数是连续的。16以后，没有了素数(即，不能通过1到16和1到15之间的数相乘得到的数)。此外，可以通过主机和独立端口设置的多种选择来产生较多的数字/事件。表3显示了亮度等级线性递增趋势。Short1列的亮度等级跳过了2/240，Short2列跳过了4/240。您还可以通过使用这些主机和独立端口组合以及表2中的对角线实现平方递增趋势。或者，从表2中选取最近组合得到所需要的递增趋势。

表3显示了在240个主机和独立端口设置组合中有96个不同的亮度等级。按照所有亮度等级的这种递增趋势，需要在某些步骤中后向设置主机亮度等级。可以使用设置阵列来实现这一点，例如伪编程代码中所列出的。

可以采用下面的I²C写命令来闪烁MAX6964驱动的LED。MAX6964的I²C器件地址还是0x49。

0x49 0x02 0x00 0x00             // Set phase 0 polarity to all zeros to 
                                // turn LEDs on
0x49 0x0E 0xF0                  // Set master intensity to full
0x49 0x0F 0x0D                  // Set the blinking enable bit to start
0x49 0x0F 0x0F                  // Switch blinking flip bit to blink
0x49 0x0F 0x0D                  // Switch back the blinking flip bit to 
                                // blink
...
0x49 0x0F 0x0C                  // Reset the blinking enable bit to stop 
                                // blinking
0x49 0x02 0xFF 0xFF             // Set phase 0 polarity to all ones to 
                                // turn LEDs off

对于上面的命令，假设所有端口的相位1极性位被设置为1 (上电默认)。对于没有被设置为闪烁的端口，相位0和相位1寄存器中的极性位可以设置为相同的值。PWM亮度等级设置在闪烁期间有效。如果相位0或者相位1中的极性位是0，PWM亮度等级置位。否则，“1”互补波形将驱动LED。

总之，可以设置MAX6964 LED驱动器在互补波形定义的一对不同亮度等级之间闪烁。通过正确的设置，还可以实现亮度等级逐渐变化，有时也被称为渐暗。

MAX7313/MAX7314具有和MAX6964相似的LED驱动能力，其所有的端口还可以用作带有转换探测功能的逻辑输入。MAX6965、MAX7315和MAX7316也是相似的型号，只是端口数量减半。本应用笔记介绍的MAX6964常用编程方法还可以用于控制这些相似型号的PWM亮度。