一种可驱动多组RGB灯的MCU及其驱动方法与流程

一种可驱动多组rgb灯的mcu及其驱动方法
技术领域
1.本发明涉及单片机领域，尤其涉及一种可驱动多组rgb灯的mcu及其驱动方法。


背景技术：

2.绚丽多彩的灯效不仅带给用户视觉享受，同时会让产品看起来更酷炫、有科技感，所以现在很多电子产品厂家将此作为一个卖点来提升产品档次。多组rgb灯组合被常用来实现灯效，通过对每一个rgb灯中红、绿、蓝三光的调节达到各种色彩明暗的灯光。
3.早期通过软件代码驱动多组rgb灯，但这种方式对软件执行时间要求很高，不但要动态改变驱动引脚的pwm占空比，而且要求一个rgb的3端同步驱动，占用cpu资源大，定时间隔也无法保证，导致显示易闪烁且效果差。所以现有常规方式都是由硬件电路实现rgb的扫描驱动功能，但该方法不够灵活，扫描时间固定，需要定义包含全部所有行周期的较大ram区域来存储扫描数据，通过硬件dma自动调取数据对应驱动一轮完整的rgb灯，占用空间大、成本高、灵活性差。


技术实现要素：

4.发明目的：为了解决现有技术中，通过硬件方法实现rgb扫描驱动不够灵活，扫描时间固定，存储空间大的问题，本发明提供一种在mcu上驱动多组rgb灯的方法。
5.本发明另一目的是提供一种可驱动多组rgb灯的mcu。
6.技术方案：一种在mcu上驱动多组rgb灯的方法，包括以下步骤：步骤一、定义消隐定时器，所述消隐定时器用于对消隐周期定时；步骤二、初始化所有行引脚与列引脚，开启扫描，开启所有pwm模块工作；步骤三、硬件开启所有列引脚输出，pwm模块同步输出三组pwm波驱动列引脚，进入显示驱动周期；步骤四、待三组pwm波周期结束时，触发中断，软件执行中断事件，硬件关闭所有列引脚输出，消隐定时器开始定时，进入消隐周期；所述中断事件为：选择另一个gpio口作为下一个行引脚；执行软件加载指令，将下一行对应的列引脚的pwm波数据传入pwm模块中，中断返回；步骤五、消隐定时器控制消隐周期结束，开启所有pwm模块工作，返回步骤三。
7.进一步地，步骤四中，执行软件加载指令的具体方法为：软件加载指令仅包含将源缓冲区中的pwm波数据读取至内部寄存器；同时pwm模块对数据传输进行监测，当在消隐期间监测到有pwm波数据传输时，自动将pwm波数据送入pwm硬件锁存器中，且源缓冲区指针自动增量。
8.进一步地，步骤四中，所述pwm波数据包括控制亮度、红色、绿色、蓝色四组pwm数据，pwm模块用于分别将控制亮度的pwm数据与控制红色、绿色、蓝色的pwm数据逻辑与计算，形成r、g、b三组pwm波并输出。
9.进一步地，步骤四中，还包括按键扫描检测，检测行引脚、列引脚上连接的按键是
否被按下。
10.一种可驱动多组rgb灯的mcu，包括：至少两个行引脚及行引脚驱动电路；三组且每组至少4个pwm模块、三组且每组至少4个列引脚及三组且每组至少4个列引脚驱动电路，pwm模块与列引脚驱动电路连接；pwm模块用于在显示驱动周期输出pwm波驱动列引脚，在pwm波周期结束时触发中断，并开启消隐定时器定时；消隐定时器，用于消隐周期的定时，并在消隐周期结束时开启所有pwm模块工作；处理器，用于在中断触发时执行中断事件，所述中断事件为：选择另一个gpio口作为下一个行引脚；执行软件加载指令，将下一行对应的列引脚的pwm波数据传入pwm模块中。
11.进一步地，pwm模块包括硬件锁存器，硬件锁存器用于存储pwm波数据。
12.进一步地，步骤四中，所述pwm波数据包括控制亮度、红色、绿色、蓝色四组pwm数据，pwm模块用于分别将控制亮度的pwm数据与控制红色、绿色、蓝色的pwm数据叠加，形成r、g、b三组pwm波并输出。
13.进一步地，设mcu共有gpio口n个，n个gpio口均可作为行引脚。
14.一种mcu驱动多组rgb灯的装置，包括上述mcu及至少八个rgb灯，各rgb灯呈矩阵连接，rgb灯包括公共端、r端、g端及b端，各rgb灯的公共端与mcu的行引脚连接，各rgb灯的r端、g端及b端分别与三组列引脚连接。
15.本发明提供了一种可驱动多组rgb灯的mcu及其驱动方法，相比较现有技术，具有以下有益效果：（1）扫描更加灵活。可以随时更改需扫描的行引脚，mcu的所有gpio口均可选，可随时对扫描行进行增减、跳过、选择、改变顺序等操作，操作简单便捷。充分利用行引脚切换的消隐时间段，既避免了前后两组显示互相干扰的同时，又将消隐时间用于加载数据、扫描按键等，设置中断触发，用软件加载下一时刻列引脚驱动信号的pwm波数据，用硬件同步开启所有列引脚上的pwm模块工作，解决rgb灯各引脚的同步驱动问题，在完全不影响驱动效果的基础上，实现更加灵活地配置驱动数据到每一轮扫描中。
16.（2）灵活设置显示周期和消隐周期，可随时改变。在完全不影响驱动效果的基础上，实现更加灵活地配置驱动时间到每一轮扫描中。
17.（3）数据来源更加灵活。pwm波数据可来源于rom或ram，也可随时进行更改。
18.（4）缓冲区小。因为硬件锁存器每次仅需要加载一行灯效的列引脚数据，在这一行的行引脚有效期间，改变下一行的列引脚数据，并在行引脚切换时再加载下一行灯效的列引脚数据；且数据直接进入pwm模块，外部无需ram用于dma，所以对存储区域的大小要求极低，对硬件资源要求更低，成本更低。
19.（5）实现在mcu上对多组rgb灯进行扫描驱动，优化了数据加载机制，采用软硬结合的方案，执行软件加载指令，由硬件自动保存数据和地址增量，达到纯硬件dma的速度且保持了源数据的灵活性。
附图说明
20.图1为本发明硬件部分的流程图；图2为本发明软件部分的流程图；
图3为实施例中矩阵式rgb灯的连接情况；图4为驱动芯片的内部结构示意图；图5为一轮完整的扫描周期各引脚输出信号示意图。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。
22.实施例一：驱动128个共阳rgb灯实现彩色变换效果。
23.如图3，每个rgb灯有4个引脚，一个公共共阳引脚a端，3个色彩控制引脚分别是r端、g端、b端。将128个rgb灯所有引脚标记为a0
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a127、r0
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r127、g0
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g127、b0
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b127。如图2所示128个rgb灯呈矩阵式连接排布，总共需要mcu提供16个行引脚（com引脚）com0
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com15和24个列引脚（seg引脚）seg0
‑
seg23。由于是共阳灯，在comx端还需增加pmos管。另外，还可以根据应用场景的需要，在mcu的行引脚和列引脚上连接按键，在驱动rgb灯显示的同时，还可以进行按键的扫描检测。
24.如图4，mcu内部包括：16个行引脚及行引脚驱动电路；三组且每组八个pwm模块、列引脚及列引脚驱动电路，pwm模块与列引脚驱动电路连接，pwm模块用于在显示驱动周期输出pwm波驱动列引脚，在pwm波周期结束时触发中断，并开启消隐定时器定时；消隐定时器，用于消隐周期的定时，并在消隐周期结束时开启所有pwm模块工作，保证各rgb灯的三色引脚同步驱动；处理器，用于在中断触发时执行中断事件，所述中断事件为：选择另一个gpio口作为下一个行引脚；执行软件加载指令，将下一行对应的列引脚的pwm波数据传入pwm模块中。
25.如图1和图2所示，在mcu上驱动多组rgb灯的方法包括以下步骤：步骤一、定义消隐定时器，所述消隐定时器用于消隐周期的定时；步骤二、软件初始化所有行引脚和列引脚，设置pwm数据宽度8位，即支持256*256*256色；亮度数据位宽度8位；开启所有pwm模块工作，打开rgb扫描功能；步骤三、硬件开启所有列引脚输出，pwm模块同步输出三组pwm波驱动列引脚（同步指r、g、b三组pwm波并行输出），进入显示驱动周期；步骤四、待三组pwm波周期结束时，触发中断，软件执行中断事件，硬件关闭所有列引脚输出，消隐定时器开始定时，进入消隐周期；这里三组pwm波周期指的是一个行对应的r/g/b三组pwm波周期，其周期可以是一个pwm波，也可以是多个的pwm波的重复。如图2，所述中断事件为：选择另一个gpio口作为下一个有效行引脚到寄存器中；执行软件加载指令，通过特定软件加载指令将32字节pwm数据送入硬件锁存器中，32个数据包8组4字节数据，分别代表控制亮度、红色、绿色、蓝色的pwm值，驱动红色列引脚的pwm波由控制亮度的pwm数据与控制红色的pwm数据逻辑与而成，驱动绿色列引脚的pwm波由控制亮度的pwm数据与控制绿色的pwm数据逻辑与而成，驱动蓝色列引脚的pwm波由控制亮度的pwm数据与控制蓝色的pwm数据逻辑与而成。若mcu行引脚和列引脚上还连接有按键，还包括对按键进行扫描检测，识别是否有按键按下；以上操作完成后，中断返回；为了进一步加快pwm波数据的加载速度，软件加载指令除了采用将源缓冲区的pwm波数据读取至内部寄存器中，再将内部寄存器中的数据写入pwm模块的硬件锁存器以外，还
可以设定一种特定的软件加载指令，软件加载指令仅包含将源缓冲区的pwm波数据读取至内部寄存器；同时，pwm模块对数据传输进行监测，当在消隐期间监测到有pwm波数据传输时，自动将pwm波数据送入pwm硬件锁存器中，且源缓冲区指针自动增量，源缓冲区可以是ram或rom，指针增量的值根据不同来源的数据特征进行设置。相比较既包含读指令，又包含写指令的方式，这样可以进一步精简软件指令，加快加载数据的速度，在消隐时间内尽快完成pwm波数据加载；步骤五、消隐定时器控制消隐周期结束，开启所有pwm模块工作，返回步骤三，进入下一轮显示驱动周期，按照步骤四中加载的pwm波数据输出驱动信号。
26.如图5所示扫描过程的comx和segx输出波形，单行扫描显示时间是682.67us，用于消隐并加载数据的时间是21.33us，完成一轮128个rgb显示时间需要11.264ms。由于大部分时间是用来做扫描显示的，软件代码可利用每行的显示时间做下一行灯效的数据运算，提前准备好数据内容，并在消隐时间里直接加载数据。想要实现彩色变换效果，就要设置不同的rgb的配比，不同的配比显示出的色彩不同。
27.实施例二：驱动128个共阳rgb灯实现输出白光并进行亮度渐变。
28.实施例二的装置与实施例一相同，仅在驱动方法上有所差别。
29.由于输出的是白光，所以对于一个rgb灯而言，r、g、b引脚的pwm值需要保持一致，首次行中断加载值为128，亮度值进行递增，亮度数值大于200后，每次步进1递增，亮度值在100
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200之间，每次步进2，亮度值在30
‑
100间步进3，小余30步进5，以此获取更明显的亮度渐变效果。
30.还可以根据其他需要设置rgb灯矩阵的显示效果，根据需要随时改变扫描的行引脚，任一选择组合行引脚，mcu剩余的gpio口均可用作行引脚进行扫描，控制十分灵活方便。