一种模数转换装置及LED调光系统的制作方法

本实用新型实施例涉及显示技术，尤其涉及一种模数转换装置及LED调光系统。

背景技术：

模数转换装置作为常用的电子装置，其作用是将模拟电路中采集的模拟信号转换为数字信号。

例如，在对屏幕的光感sensor进行测试时，经常要精细地去模拟环境光。通常是利用可调电压输出模块得到不同的电压值，微处理器(Microcontroller Unit，MCU)将不同的电压值转化不同占空比的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)输出，来控制发光二极管驱动(LED_Driver)电路，进而模拟不同亮度的自然光。由于模拟量本身的不稳定，导致输出PWM不稳定，进而导致模拟出来自然光闪烁，影响了对屏幕的光感传感器(sensor)测试的准确性。

该问题主要是由于可调电压输出模块输出的模拟电压信号和PWM信号产生模块输出的PWM信号之间是连续的线性关系，可调电压输出模块输出的模拟电压的任何细微变化都会影响PWM输出变化。在进行对环境光的实际模拟过程中，可调电压输出模块输出的电压有可能在一个小的范围内波动，模拟电压信号的波动使得输出的PWM信号在一定范围内变化，由此导致LED灯产生闪烁，从而会影响LED灯亮度的准确性。

技术实现要素：

本实用新型提供一种模数转换装置，实现了控制PWM信号的状态信号为非连续性变化区间，解决了当可调电压输出模块输出的电压信号摆动时造成的PWM信号易产生变化的问题，使得PWM信号产生模块的输出PWM信号更加稳定。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种模数转换装置，包括可调电压输出模块，用于输出可调电压，还包括：

转换模块，输入端与所述可调电压输出模块的输出端连接，用于输出与其输入端输入的电压对应的状态信号，每一状态信号对应输入端输入的一区间电压；

PWM信号产生模块，输入端与转换模块的输出端连接，用于输出与所述状态信号对应的PWM信号。

可选地，所述转换模块包括至少两个电压转换单元、至少两个与门、和至少一个编码器；所述电压转换单元与所述与门一一对应；

所述电压转换单元的输入端与所述可调电压输出模块的输出端连接，所述电压转换单元的两个输出端分别与对应的所述与门的两个输入端连接，用于将电压转换单元的输入端输入的模拟区间电压转换为数字电压；

所述与门的输出端与所述编码器的输入端连接，所述编码器的输出端与所述PWM信号产生模块的输入端连接。

可选地，所述转换模块包括至少两个电压转换单元、至少两个与非门、和至少一个编码器；所述电压转换单元与所述与非门一一对应；

所述电压转换单元的输入端与所述可调电压输出模块的输出端连接，所述电压转换单元的两个输出端分别与对应的所述与非门的两个输入端连接，用于将所述电压转换单元的输入端输入的模拟区间电压转换为数字电压；

所述与非门的输出端与所述编码器的输入端连接，所述编码器的输出端与所述PWM信号产生模块的输入端连接。

可选地，所述电压转换单元包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一分压电路和第二分压电路；

所述第一分压电路和所述第二分压电路均包括第一端、第二端和输出端；

所述第一分压电路的第一端以及所述第二分压电路的第一端与第一电源连接，所述第一分压电路的第二端以及所述第二分压电路的第二端接地；

所述第一运算放大器的同向输入端与所述第一分压电路的输出端连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述可调电压输出模块的输出端连接；

所述第二运算放大器的同向输入端与所述可调电压输出模块的输出端连接，所述第二运算放大器的反向输入端与所述第二分压电路的输出端连接。

可选地，每个所述电压转换单元的第一分压电路的输出端输出的电压大于第二分压电路的输出端输出的电压；

各所述第一分压电路输出端输出的电压依次增大，各所述第一分压电路输出端输出的电压依次增大。

可选地，所述第一分压电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联连接于所述第一电源和接地端之间，所述第一电阻和所述第二电阻的公共连接端作为所述第一分压电路的输出端；

所述第二分压电路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻和所述第四电阻串联连接于所述第一电源和接地端之间，所述第三电阻和所述第四电阻的公共连接端作为所述第二分压电路的输出端。

可选地，所述可调电压输出模块采用电位器。

可选地，所述电位器为旋钮电位器。

可选地，各所述区间电压的区间长度相等。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种LED调光系统，包括如第一方面所述的模数转换装置和LED驱动电路；

所述PWM信号产生模块的输出端与所述LED驱动电路的控制端连接；

所述LED驱动电路用于输出对应所述PWM信号的驱动电压和电流至LED，驱动LED发光。

本实用新型实施例提供的模数转换装置及LED调光系统，通过设置转换模块，将可调电压输出模块输入的电压按该电压所在的电压区间转换为对应该区间的一状态信号，从而由PWM信号产生模块输出状态信号对应的PWM信号，实现了控制PWM信号的状态信号为非连续性变化区间，避免了当输入的电压摆动时造成的PWM信号易产生变化的问题，使得PWM信号产生模块输出的PWM信号更加稳定。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种模数转换装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种区间电压和状态信号输入输出关系示意图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种模数转换装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的又一种模数转换装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种电压转换单元的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种区间电压和PWM信号占空比关系示意图；

图7是本实用新型实施例提供的另一种电压转换单元的结构示意图；

图8是本实用新型提供的一种模数转换装置的结构示意图；

图9是本实用新型实施例提供的一种LED调光系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例提供的一种模数转换装置的结构示意图，参考图1，该模数转换装置包括可调电压输出模块11、转换模块12以及PWM信号产生模块13，其中，转换模块12的输入端与可调电压输出模块11的输出端连接，PWM信号产生模块13的输入端与转换模块12的输出端连接；可调电压输出模块11用于输出可调电压，转换模块12用于输出与其输入端输入的电压对应的状态信号，每一状态信号对应输入端输入的一区间电压，PWM信号产生模块13则用于输出与状态信号对应的PWM信号。

其中，区间电压是指可调电压输出模块输出的电压可划分为多个电压区间，落于某一电压区间内的电压，即定义为该电压区间的区间电压，图2是本实用新型实施例提供的一种区间电压和状态信号输入输出关系示意图，参考图2，例如可调电压输出模块输出的电压范围包括多个区间电压，分别为[0.2V-0.3V]，[0.4V-0.5V]，[0.6V-0.7V]；并且对应地，落于电压区间内的区间电压均由转换模块12输出一个对应的状态信号S2、S4、S6，上述的3个区间电压可对应转换模块12输出的3个状态信号，即电压区间的个数决定了状态信号的个数，输入转换模块12的区间电压落入某一电压区间中，此时由转换模块12输出对应该区间电压的状态信号，落入相同电压区间的不同的区间电压则由转换模块12输出相同的对应的状态信号。PWM信号产生模块13则用于输出与状态信号对应的PWM信号。当可调电压输出模块输出的电压位于区间电压范围[0.2V-0.3V]时，PWM信号产生模块13输出占空比为a％的PWM信号；当可调电压输出模块输出的电压位于区间电压范围[0.4V-0.5V]时，PWM信号产生模块13输出占空比为b％的PWM信号；当可调电压输出模块输出的电压位于区间电压范围[0.6V-0.7V]时，PWM信号产生模块13输出占空比为c％的PWM信号；当可调电压输出模块输出的电压位于区间电压范围[0.8V-0.9V]时，PWM信号产生模块13输出占空比为d％的PWM信号。即每一区间电压对应一占空比的PWM信号。当可调电压输出模块输出的电压波动时，输出的占空比信号稳定，解决调电压输出模块输出的电压波动造成的PWM信号易产生变化的问题，使得PWM信号产生模块输出的PWM信号更加稳定。

本实用新型实施例通过设置转换模块，将可调电压输出模块输入的电压按该电压所在的电压区间转换为对应该电压区间的一状态信号，从而由PWM信号产生模块输出与状态信号对应的PWM信号，实现了控制PWM信号的状态信号为非连续性变化区间，避免了当输入的电压摆动时造成的PWM信号易产生变化的问题，使得PWM信号产生模块输出的PWM信号更加稳定。继续参考图2，可选地，各区间电压的区间长度相等，即各电压区间等宽分布，从而对可调电压进行分均匀地分段转换输出。

可选地，该模数转换装置中的转换模块包括至少两个电压转换单元、至少两个与门、和至少一个编码器；电压转换单元与与门一一对应；电压转换单元的输入端与可调电压输出模块的输出端连接，电压转换单元的两个输出端分别与对应的与门的两个输入端连接，用于将电压转换单元的输入端输入的模拟区间电压转换为数字电压；与门的输出端与编码器的输入端连接，编码器的输出端与PWM信号产生模块的输入端连接。

图3是本实用新型实施例提供的另一种模数转换装置的结构示意图，参考图3，该模数转换装置中的转换模块12包括n(n≥2)个电压转换单元、n(n≥2)个与电压转换单元一一对应的与门以及编码器123，各电压转换单元的两个输出端与对应的与门的两个输入端连接，与门的输出端与编码器123连接，可调电压输出模块11的输出端分别与n个电压转换单元的输入端连接，编码器123的输出端则与PWM信号产生模块13的输入端连接。

其中，n个电压转换单元各对应不同的电压区间，电压转换单元用于判断可调电压输出模块11输出的区间电压是否落于其对应的电压区间内，并将电压转换单元的输入端输入的模拟区间电压转换为数字电压。下面以第一电压转换单元1211为例，对该模数转换装置中的转换模块的工作原理进行示例性描述，其中，假设该第一电压转换单元1211对应的电压区间为[0.2V，0.3V]，则该电压区间的上下限电压分别为0.2V和0.3V，同时第一电压转换单元1211包括两个输出端，其中一个输出端输出区间电压是否大于下限电压0.2V的判断结果，另一输出端则输出区间电压是否小于上限电压0.3V的判断结果，然后通过与门输出区间电压是否落于电压区间[0.2V，0.3V]的判断结果，即获得数字电压，最后编码器将数字的电压信号进行编码向PWM信号产生模块输出对应该电压区间的状态信号。

图3所示的模数转换装置包含n个电压区间，即由n个转换单元各提供一电压区间，此处需要说明的是，电压转换单元以及与其对应的与门的个数即为实际划分的区间的个数，在实际设计过程中，可以根据需要进行设置，并通过编码器编译对应电压区间的状态信号。

可选地，转换模块还可以是包括至少两个电压转换单元、至少两个与非门、和至少一个编码器；电压转换单元与与非门一一对应；电压转换单元的输入端与可调电压输出模块的输出端连接，电压转换单元的两个输出端分别与对应的与非门的两个输入端连接，用于将电压转换单元的输入端输入的模拟区间电压转换为数字电压；与非门的输出端与编码器的输入端连接，编码器的输出端与PWM信号产生模块的输入端连接。

图4是本实用新型实施例提供的又一种模数转换装置的结构示意图，参考图4，该模数转换装置中的转换模块22包括n个电压转换单元、n个与电压转换单元一一对应的与非门以及编码器223，其中各电压转换单元的两个输出端和对应的与非门的两个输入端对应电连接，各与非门的输出端与编码器223的输入端连接，可调电压输出模块21的输出端分别与各电压转换单元的输入端连接，编码器223的输出端则与PWM信号产生模块23的输入端连接。

其中，该采用与非门的模数转换装置与采用与门的模数转换装置的区别仅在于电压转换单元设置的判断方式不同，继续以第一电压转换单元2211为例并假设该第一电压转换单元2211对应的电压区间为[0.2V，0.3V]进行介绍，第一电压转换单元2211的两个输出端与第一与非门2221的两个输入端连接，其中一个输出端输出区间电压是否小于下限电压0.2V的判断结果，另一输出端则输出区间电压是否大于上限电压0.3V的判断结果，并通过与非门输出区间电压是否落于电压区间[0.2V，0.3V]的判断结果，再由编码器将数字的电压信号进行编码向PWM信号产生模块输出对应该电压区间的状态信号。

可选地，电压转换单元包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一分压电路和第二分压电路；第一分压电路和第二分压电路均包括第一端、第二端和输出端；第一分压电路的第一端以及第二分压电路的第一端与第一电源连接，第一分压电路的第二端以及第二分压电路的第二端接地；第一运算放大器的同向输入端与第一分压电路的输出端连接，第一运算放大器的反向输入端与可调电压输出模块的输出端连接；第二运算放大器的同向输入端与可调电压输出模块的输出端连接，第二运算放大器的反向输入端与第二分压电路的输出端连接。

图5是本实用新型实施例提供的一种电压转换单元的结构示意图，参考图5，其中，电压转换单元51中包括第一运算放大器511、第二运算放大器512、第一分压电路521和第二分压电路522，第一分压电路521和第二分压电路522均包括第一端、第二端和输出端；第一分压电路521的第一端以及第二分压电路522的第一端均与第一电源Vdd连接，第一分压电路521的第二端以及第二分压电路522的第二端接地；第一运算放大器511的同向输入端与第一分压电路521的输出端连接，第一运算放大器511的反向输入端与可调电压输出模块的输出端连接；第二运算放大器512的同向输入端与可调电压输出模块的输出端连接，第二运算放大器512的反向输入端与第二分压电路522的输出端连接。

该电压转换单元50用于将落入其对应的电压区间的区间电压转换为数字电压，其中，第一分压电路521和第二分压电路522则用于分别提供该电压转换单元50对应的电压区间的上限电压和下限电压，需要注意的是，第一分压电路521和第二分压电路522对应上限电压还是下限电压与该电压转换单元50两个输出端连接的逻辑门有关，当连接与门时，与第一运算放大器511正向输入端连接的第一分压电路521则提供上限电压，与第二运算放大器512反向输入端连接的第二分压电路522则提供下限电压，由此，当输入的区间电压落于该电压转换单元50对应的电压区间时，第一运算放大器511的正向输入端电压大于反向输入端电压，此时第一运算放大器511正向饱和，输出高电平电压，表示“1”，同理，此时第二运算放大器512亦正向饱和，输出高电平电压，表示“1”，该电压转换单元50的两输出端同时输出高电平电压给与门，则此时与门输出高电平，即经与门判断该区间电压落入该电压转换单元对应的电压区间中；当输入的区间电压处于该电压转换单元50对应的电压区间之外时，即输入的区间电压大于该电压转换单元50对应的电压区间的电压上限或者输入的区间电压小于该电压转换单元50对应的电压区间的电压下限时。例如当输入的区间电压大于该电压转换单元50对应的电压区间的电压上限时，第一运算放大器511的反向输入端电压大于正向输入端电压，此时第一运算放大器511负向饱和，输出低电平电压，表示“0”，此时第二运算放大器512的正向输入端电压大于反向输入端电压，第二运算放大器512正向饱和，输出高电平电压，表示为“1”，该电压转换单元50的两输出端则分别输出一个高电平电压和一个低电平电压给与门，则此时与门输出低电平，即经与门判断该区间电压落入该电压转换单元对应的电压区间外；同理，当输入的区间电压小于该电压转换单元50对应的电压区间的电压下限时，第一运算放大器511的反向输入端电压小于正向输入端电压，此时第一运算放大器511正向饱和，输出高电平电压，表示“1”，此时第二运算放大器512的正向输入端电压小于反向输入端电压，第二运算放大器512负向饱和，输出低电平电压，表示为“0”，该电压转换单元50的两输出端则分别输出一个低电平电压和一个高电平电压给与门，则此时与门输出低电平，即经与门判断该区间电压落入该电压转换单元对应的电压区间外。当连接与非门时，与第一运算放大器511的正向输入端连接的第一分压电路521则提供下限电压，与第二运算放大器512反向输入端连接的第二分压电路522则提供上限电压，由此，当输入的区间电压落于该电压转换单元50对应的电压区间时，第一运算放大器511的正向输入端电压小于反向输入端电压，此时第一运算放大器511输出低电平电压，同理，此时第二运算放大器512亦输出低电平电压，该电压转换单元50的两输出端同时输出低电平电压给与非门，则此时与非门输出高电平，即经与门判断该区间电压落入该电压转换单元对应的电压区间中。当输入的区间电压落于该电压转换单元50对应的电压区间之外时，该电压转换单元50的两输出端则分别输出一个低电平电压和一个高电平电压给与门，则此时与非门输出低电平，即经与门判断该区间电压落入该电压转换单元对应的电压区间外，本领域人员可以通过上述的逻辑判断过程理解，此处不再赘述。同样需要注意的是，本实施例的第一运算放大器511和第二运算放大器512可采用电压比较器，通过比较器的正向和反向输入端的电压值比较获得区间电压是否落于该电压转换单元对应的电压区间的判断结果。

为保证各电压转换单元对应的电压区间不同，且保证各电压区间的区间电压依次增加，可设置每个电压转换单元的第一分压电路的输出端输出的电压大于其第二分压电路的输出端输出的电压；各第一分压电路输出端输出的电压依次增大，各第二分压电路输出端输出的电压依次增大。下面参考图5进行说明，其中，同一电压转换单元中的第一分压电路521输出的电压为该电压转换单元对应的电压区间的上限电压，第二分压电路522输出的电压为该电压转换单元对应的电压区间的下限电压，并且不同电压转换单元50对应的电压区间的上限电压依次增加，其对应的电压区间的下限电压也依次增加，从而保证了不同电压转换单元的电压区间的不同，由此可通过编码器对不同电压转换单元输出的模拟区间电压进行编码，输出对应该区间电压的状态信号。需要说明的是，此处相邻的电压转换单元对应的电压区间可以设置为无重叠，从而通过编码器可更准确的判断区间电压所在的电压区间，甚至可以设置相邻的电压区间之间存在间隔，并第一该间隔电压区间为保持区间，其中，电压区间的电压对应输出同一个状态信号，保持区间的电压对应为保持当前的状态信号不变，两种电压范围相互间隔，图6是本实用新型实施例提供的另一种区间电压和PWM信号占空比关系示意图，参考图6，当转换模块12的输入端输入的电压处于电压区间内时，转换模块12输出此电压区间对应的状态信号，并由编译器123向PWM信号产生模块13输出数字信号，PWM信号产生模块13则对应输出不同占空比的PWM信号，例如当可调电压输出电压在[0.2，0.3]时，PWM信号产生模块13对应输出占空比为c％的PWM信号；当区间电压变化到保持区间时，转换模块12保持前一状态的状态信号输出，对应地，PWM信号产生模块13则保持前一状态时的PWM信号，例如当可调电压输出的电压变化为[0.3，0.4]时，位于保持区间内，PWM信号产生模块13则输出前一状态时的PWM信号，即占空比为c％的PWM信号。由此通过设置保持区间，使得控制PWM信号的转换模块12的输入电压成为非连续控制的变化区间，可以避免电压连续摆动时，输出的PWM信号来回变化的问题。

可选地，第一分压电路包括第一电阻和第二电阻，第一电阻和第二电阻串联连接于第一电源和接地端之间，第一电阻和第二电阻的公共连接端作为第一分压电路的输出端；第二分压电路包括第三电阻和第四电阻，第三电阻和第四电阻串联连接于第一电源和接地端之间，第三电阻和第四电阻的公共连接端作为第二分压电路的输出端。

图7是本实用新型实施例提供的另一种电压转换单元的结构示意图，参考图7，其中第一分压电路521包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2串联连接于第一电源Vdd和接地端之间，第一电阻R1和第二电阻R2的公共连接端作为第一分压电路的输出端；第二分压电路包括第三电阻R3和第四电阻R4，第三电阻R3和第四电阻R4串联连接于第一电源Vdd和接地端之间，第三电阻R3和第四电阻R4的公共连接端作为第二分压电路的输出端。其中，第一分压电路521的输出电压第二分压电路522的输出电压此时，该电压转换单元50对应的电压区间为[V1，V2]，通过合理的设置第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，即可方便地实现各种满足要求的电压区间。

图8是本实用新型提供的一种模数转换装置的结构示意图，参考图8，可选地，该可调电压输出模11采用电位器，通过电位器可以更方便的输出可调电压，可选地，该电位器采用旋钮电位器。

图9是本实用新型实施例提供的一种LED调光系统结构示意图，参考图9，该LED调光系统包括LED驱动电路14和前述实施例提供的任一的模数转换装置；其中，PWM信号产生模块13的输出端与LED驱动电路14的控制端连接；LED驱动电路14用于输出对应PWM信号的驱动电压和电流至LED，驱动LED发光。需要说明的是，本实用新型实施例的PWM信号产生模块13可以由PWM信号产生芯片实现，也可以有MCU中的定时器实现，LED驱动电路14可以采用LED驱动芯片。LED调光系统实现对LED的驱动，进而实现调光，模拟不同亮度的自然光。

本实用新型实施例提供的LED调光系统，通过设置转换模块，将可调电压输出模块输入的电压按该电压所在的电压区间转换为对应该区间的一状态信号，从而由PWM信号产生模块输出状态信号对应的PWM信号，实现了控制PWM信号的状态信号为非连续性变化区间，避免了当输入的电压摆动时造成的PWM信号易产生变化，从而导致LED发出的光闪烁的问题，使得该LED调光系统的发光亮度更加稳定准确。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。