不用MCU来DIY LED小彩灯

mikeliujia

大家一般拿到带MCU的板子，首先喜欢来个Blink LED，什么流水灯、跑马灯之类。但是实际的应用中很少拿MCU当控制器去驱动几颗LED灯珠，这样成本太高，老板也不喜欢。这里介绍一款采用数字芯片驱动的LED小彩灯。
想到变色灯，大多数人肯定想到RGB，但是RGB的成本还是太高了，为了cost down，我们选用单色LED进行混光处理。变色灯是由红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色LED组成的。双色LED是我们十分熟悉的。一般由红光LED及绿光LED组成。它可以单独发出红光或绿光。若红光及绿光同时亮点时，红绿两种光混合成橙黄色。变色灯的变色原理如图1所示。三种基色LED分别点亮两个LED时，它可以发出黄、紫、青色(如红、蓝两LED点亮时发出紫色光)；若红、绿、蓝三种LED同时点亮时，它会产生白光。如果有电路能使红、绿、蓝光LED分别两两点亮、单独点亮及三基色LED同时点亮，则能按图1的情况发出七种不同颜色的光来。

LED变色灯的结构框图如图2所示。它由电容降压式稳压电源、LED控制器及G、R、B三基色LED阵列组成。由于这三部分都要装入灯头内，所以其电源采用电容器降压．全波整流及稳压二极管稳压的简单电路。LED电源输出15V电压供LED阵列，输出14.6V供LED控制器。控制器的输出端(1、2、3)中有一个是低电平时(如1为低电平)，则绿色LED亮，若三个输出端都是低电平时，则发出白光(绿、红、蓝光LED都亮)。


LED控制器是变色灯的关键，它是由CD4060来承担的，先介绍一下CD4060。CD4060是4000系列CMOS器件中的一种，是14位二进制计数器。它内部有两反相器，外接两个电阻及一个电容就可组成振荡器，作为时钟发生器。输入时钟脉冲时(下降沿)，输出端输出记数脉冲。它有一个复位端(Reset)，当复位端为高电平时．所有输出端都是低电平，如表1所示。

CD4060为16管脚DIP封装，各管脚排列如图3所示。其中Clock in是时钟脉冲输入，Clock out1及Clockout2是时钟脉冲输出(相位差180°，Reset是复位输入端(高电平有效)．Q4～Q14是二进制记数脉冲输出端，Vdd为电源正端(3～18V)．Vss为电源负端。

LED变色灯的电路如图4所示。它由电源部分、变色控制部分及三基色LED阵列组成，现分别介绍其工作原理：
    1．电源部分 由降压电容C2、全波整流D2～D6及稳压二极管D4组成的电容降压式电路是很典型的AC/DC转换电路。经15V的稳压二极管稳压后(严格地说是被限幅后)作为驱动LED阵列的电源．经D1、C1滤波后(约14．5V)的电压供CD4060及复位的电压(高电平)。与电容C2并联的电阻R4是断开电源后，C2上的电荷经R4放电，防止灯头上带电。
    这种电源的特点是，当负载的电压远小于220V时，负载上电流IL≈69C(C为降压电容，单位为uF，IL的单位为mA)。例如，C=0.47 u F时，流过负载的电流约32.4mA，并且这个电流是比较稳定的：另外，这种电源尺寸小(占空间小)。其缺点是对市电是不隔离的，要求封闭在灯头内，并有良好的绝缘。

    2．变色控制部分 变色控制部分由二进制记数器CD4060承担，这里采用的是CD4060的替代产品意法半导体的HCC4060，二者完全兼容。时钟脉冲信号不采用一般的振荡器电路(CD4060内部有两个反相器，外接两个电阻、一个电容即可组成振荡器)，而在电源电路中串接R3，在R3上的50Hz交流电压经R5、C3组成的微分电路形成尖脉冲作为时钟脉冲信号。在输出记数脉冲中选择Q8、Q9、Q10三端与LED负极连接。当记数脉冲输出低电平时，相应的LED串被点亮。Q8、Q9、Q10的输出时序如图5所示。50Hz的周期为0.02s，Q8的周期为5.12s，Q9的周期为10.24s，Q10的周期为20.48s。
Q8接红色LED串的负极、Q9接蓝色LED的负极、Q10接绿色LED串的负极．则在Q8为高电平、Q9、Q10为低电平时，蓝光、绿光LED串亮，混色后发出青光(因Q9、Q10为低电平，Reset端为低电平)。经过2.56s后变成R、G亮，发出黄光。
    3．三基色LED阵列三基色LED(B、R、G)每串有4个LED串联而成。由于红、绿色LED的管压降与蓝色LED的管压降不同及各种发光二极管的发光强度不同，在LED串接回路中设置了不同的限流电阻．一方面强制了LED的电流．另外也使发光亮度匹配更好。

在图4的电路中，降压电容器C2采用了耐压250V的，虽然250V耐压的电容的实际耐压值是大于300V的，若市电的最高值是242V，其峰值电压是341V。采用耐压400V的更安全。

下面是BOM

下面是PCB

有兴趣的同学可以DIY一下。

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挺喜欢DIY的，下来看看