一种自适应数据解码电路及LED单元电路的制作方法

本发明涉及led电路技术领域，尤其涉及一种自适应数据解码电路及包括该自适应数据解码电路的led单元电路。

背景技术：

目前led已大量应用在装饰、照明、广告、舞台灯光等很多领域。一般情况下，led都需要专门的集成电路来驱动控制，即led驱动电路。在以下的描述中，把led和其相应的驱动电路的组合称之为led单元。在实际应用中，一般是将多个led单元并联或者串联组成一个更大的led工程。为了让每个led单元能按照要求工作，需要通过控制器给每个led单元发送对应数据。在并联应用工程中，一般做法是给每个led单元设定地址，各个led单元根据自己的地址接收从主控器发来的对应数据。

主控器按照约定的数据格式发送数据，led单元可根据自己的地址收到对应数据。数据发送速率一般都是产品设计时约定好的，这就是固定数据发送速率。固定数据发送速率的优点在于led单元接收端数据解码简单，但是固定数据发送速率的缺点也比较明显，主要有以下几点：

第一，多个led单元连接组成一个系统，如果在将这些led单元连接时出现了比较长的连接线，或者同一系统中使用了比较多的led单元时，对于主控制器的驱动输出端口来说，负载比较大，其发送到各个led单元的数据失真比较大，最终导致led单元解码失败的概率增加，严重的情况下无法正常工作。

第二，是led单元解码问题，因为数据发送速率是固定的，这就要求led单元对数据的解码必须按照这个固定的速率来进行，一般led单元内部有一个固定频率的时钟来用于解码接收数据，但是这个内部时钟频率跟应用条件有关，比如电压变化，温度变化等等，都会导致led单元内部时钟发生变化。另外在集成电路加工环节，工艺偏差也会导致时钟频率偏差。由于时钟频率偏差导致led单元对来自主控制器的数据解码失败概率大增，因此，为了保证led单元能顺利解码，对产品设计和生产工艺要求更高。

另外，在实际应用时，固定数据发送速率比较难满足不同应用场合，比如，有时工程中led单元较少，但客户需要比较高的数据发送速率来提高刷新率，这种情况下，固定数据发送速率无法实现。

技术实现要素：

本发明提供了一种自适应数据解码电路及包括该自适应数据解码电路的led单元电路，解决相关技术中存在的数据发送速率固定时解码必须按照固定速率进行导致的工艺以及生产要求较高的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种自适应数据解码电路，其中，包括：信号边沿检测处理电路、复位码检测电路、参考码解码电路和数据包解码电路，所述信号边沿检测处理电路的输出端以及所述复位码检测电路的输出端均连接所述参考码解码电路的输入端，所述参考码解码电路的输出端和所述数据包解码电路连接；

所述信号边沿检测处理电路用于检测每一帧数据中数据码的上升沿或者下降沿，并能够在检测到数据码的上升沿或者下降沿时输出标志信号，其中每一帧数据均包括依次连接的复位码、参考码和数据包，所述数据包包括多个数据码，所述参考码的长度为所述数据包中一个数据码的长度的n倍，且n为大于1的自然数；

所述复位码检测电路用于在识别到所述每一帧数据中的复位码后产生复位信号；

所述参考码解码电路用于根据所述标志信号和所述复位信号对所述每一帧数据中的参考码进行解码，得到参考码解码结果；

数据码解码电路用于根据所述参考码解码结果生成数据包的解码速率，并根据所述数据码的解码速率对所述数据包进行解码。

进一步地，所述自适应数据解码电路包括第一时钟信号，所述信号边沿检测处理电路的输入端和所述参考码解码电路的输入端均输入所述第一时钟信号。

进一步地，所述自适应数据解码电路包括计数器电路和数据比较器电路，所述参考码解码电路的输出端连接所述数据比较器电路的第一输入端，所述计数器电路的输出端连接所述数据比较器电路的第二输入端，所述数据比较器电路的输出端连接所述数据包解码电路，所述计数器电路用于输入使能信号与第一时钟信号，并输出计数器结果，所述数据比较器电路用于根据所述计数器结果与所述参考码解码结果生成第二时钟信号，所述第二时钟信号用于输入至所述数据包解码电路。

进一步地，所述自适应数据解码电路包括rs触发器，所述rs触发器的r端连接所述第二时钟信号，所述rs触发器的s端连接所述标志信号，所述rs触发器的输出端q连接所述计数器电路的使能信号端，所述rs触发器用于根据所述标志信号和所述第二时钟信号输出所述使能信号。

进一步地，所述自适应数据解码电路包括d触发器，所述d触发器的d端连接所述数据比较器电路的输出端，所述d触发器的时钟信号端连接所述第一时钟信号，所述d触发器的输出端q输出第二时钟信号。

进一步地，所述参考码的长度为所述数据包中一个数据码的长度的8倍。

作为本发明的另一个方面，提供一种led单元电路，其中，包括：控制器和多个led单元，每个led单元均与所述控制器通信连接，且每个led单元均包括前文所述的自适应数据解码电路，所述控制器能够向每个led单元发送多帧数据，每个led单元中的自适应数据解码电路均能够对收到的每一帧数据按照对应的解码速率进行解码。

进一步地，每个led单元与所述控制器均通过数据线连接。

进一步地，每个led单元与所述控制器均通过电源线载波进行通信连接。

本发明实施例提供的自适应数据解码电路，由于在每帧数据中均设置了参考码，而参考码的长度是可以自定义的，且参考码的长度与数据包中一个数据码的长度成比例设置，当led单元接收到数据时，首先解码参考码，根据参考码的长度可以确定数据包的解码速率，这样可以为数据包按照相应速率解码提前准备，从而可以实现自适应数据解码，不再受制于传输速率的影响。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明提供的led单元电路的一种具体地实施方式。

图2为本发明提供的led单元电路的另一种具体地实施方式。

图3为本发明提供的自适应数据解码电路的结构框图。

图4为本发明提供的一帧数据结构示意图。

图5为本发明提供的一帧数据中复位码、参考码和数据包中的数据波形示意图。

图6为本发明提供的自适应数据解码电路的具体电路结构示意图。

图7为本发明提供的数据1码和数据0码的解码波形时序图。

图8为本发明提供的一种具体实施方式中一帧数据的示意图。

图9为本发明提供的参考码解码电路的电路原理图。

图10为本发明提供的信号边沿检测处理电路的电路原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了解决现有技术中存在的led单元必须按照固定速率进行解码的问题，本发明实施例提供的一种led单元电路，如图1和图2所示，包括控制器和多个led单元，每个led单元均与所述控制器通信连接，且每个led单元均包括自适应数据解码电路，所述控制器能够向每个led单元发送多帧数据，每个led单元中的自适应数据解码电路均能够对收到的每一帧数据按照对应的解码速率进行解码。

应当理解的是，本发明实施例提供的自适应数据解码电路能够在一定范围内根据需要进行设定，可以使得每个led单元都能够顺利准确完成数据解码，无需按照固定速率进行解码。

如图1所示，每个led单元与所述控制器均通过数据线连接。

如图2所示，每个led单元与所述控制器均通过电源线载波进行通信连接。

可以理解的是，每个led单元与所述控制器可以通过电源线载波来实现数据传输。

应当理解的是，所述控制器可以包括mcu等，具体可以根据需要进行选择，此处不做限定。

需要说明的是，所有连接在主控制器上的led单元都能同时接收到所有的数据，各个led单元分别对主控制器发来的数据进行解码并根据自己的地址收取属于自己的数据。主控制器以帧为单位发送数据。

下面详细说明能够使得每个led单元进行自适应速率解码的自适应数据解码电路。

图3是根据本发明实施例提供的自适应数据解码电路的结构框图，如图3所示，包括：信号边沿检测处理电路100、复位码检测电路200、参考码解码电路300和数据包解码电路400，所述信号边沿检测处理电路100的输出端以及所述复位码检测电路200的输出端均连接所述参考码解码电路300的输入端，所述参考码解码电路300的输出端和所述数据包解码电路400连接；

所述信号边沿检测处理电路100用于检测每一帧数据中数据码的上升沿或者下降沿，并能够在检测到数据码的上升沿或者下降沿时输出标志信号，其中每一帧数据均包括依次连接的复位码、参考码和数据包，所述数据包包括多个数据码，所述参考码的长度为所述数据包中一个数据码的长度的n倍，且n为大于1的自然数；

所述复位码检测电路200用于在识别到所述每一帧数据中的复位码后产生复位信号；

所述参考码解码电路300用于根据所述标志信号和所述复位信号对所述每一帧数据中的参考码进行解码，得到参考码解码结果；

数据码解码电路400用于根据所述参考码解码结果生成数据包的解码速率，并根据所述数据码的解码速率对所述数据包进行解码。

需要说明的是，本发明实施例中的一帧数据具体指，一帧数据以复位码开头，之后是参考码，之后是数据包。一帧数据时序波形示意图如图4所示。

相对于采用固定频率传输数据的数据帧结构，本发明提供的自适应数据解码电路的数据帧结构增加了参考码，可以接受发送端数据码长度在一定范围内随意选取，相对于只能接受固定数据码长度的led单元，应用范围更广，对应用环境适应性更强。因为发送端可以在要求范围内随意改变数据码长度，所以，在实际工程中，可根据需要改变发送速率以获得更优秀的效果，例如，可以提高发送数据的速率以提高led单元显示帧频，也可以降低发送速率以使点数特别多的情况下能正常工作。

因为是单线传输数据，所以数据的解码是通过判断信号电平变化和高、低电平时长来完成的。将信号的下降沿作为所有数据码的开始，之后一个下降沿是当前一位数据码的结束，同时也是下一位数据码的开始，如此将所有的数据码连接起来。数据帧与帧之间通过复位码连接。这里是按下降沿开始所有数据码的，也可以使用上升沿作为数据码的开始，只要led单元设计规范和主控器发送数据规范相对应即可。上述所谓数据码是参考码和数据包中每一位数据的统称。

下面详细描述一帧数据的各组成部分。这里按照信号下降沿作为数据码开始来介绍。

复位码，定义数据信号持续高电平超过一定长度为复位码。复位码有两个作用，第一个作用是确定一帧新数据开始发送，对于led单元电路来说，检测到复位码时，要做好接收新数据的准备，即随时开始参考码和数据包的解码工作；第二个作用是将上一帧数据生效，也就是说，led单元电路在解码数据包并收到属于自己的数据包时，只是暂时存下来，要等到下一个复位码时才将数据加载到其工作寄存器使用。

参考码，定义复位码之后的第一个数据码是参考码。参考码的作用是确定数据传输速率。参考码码的长度是数据包中一个数据码的长度的n倍。

数据包，定义参考码之后的所有数据码总合是数据包。数据码有两种：数据1码和数据0码。

参考码和数据包都是以数据信号下降沿开始，按规定持续一定长时间低电平后变为高电平并保持规定时间结束。复位码、参考码和数据包波形示意图如图5，td是数据1码高电平时间长度，所有码型高、低电平长度都参考td来定义。一般情况下，复位码的长度treset可定义为几百微秒到几毫秒。td根据实际情况具体设定，但要满足以下要求，即不管是参考码或者是数据码，其中的高电平时间长度不能大于复位码。

表1一帧数据中复位码、参考码和数据包的定义表

需要说明的是，td表示数据1码高电平时间长度，所有码型高、低电平长度都参考td来定义。参考码的长度是数据包中一个数据码的长度的n倍，通常n≥2。

发送端在发送数据时，以帧为单位发送即可。一帧数据中的复位码、参考码和所有数据包中的数据码连续发出即可，如有需要，可以在码与码之间增加一定的高电平空闲时间，但是要确保这个高电平空闲时间不能大于treset，否则有可能被电路误认为是复位码。帧与帧之间的空闲时间用高电平连接即可，没有时间要求。

确定了一帧数据结构后，下面描述数据传输至自适应数据解码电路进行解码的具体实现过程，所谓数据传输，是指在约定的规范下，发送端按照要求发送数据，接收端对输入的数据解码并得到正确的数据。所谓接收端在本发明中指的是led单元。把led单元从发送端发来的数据中准确的获得属于自己的数据的过程称之为自适应解码，把完成自适应解码工作的电路称之为自适应解码电路，自适应解码电路原理示意图如图6示。led单元电路除了自适应解码电路，还包括其他模块电路，这里不予描述，本发明只介绍自适应解码电路。

以下的描述中，di代表数据信号；ck1是led单元电路的时钟信号；do是解码电路完成解码工作后得到的数据，一般是8位或者处理为方便后续电路使用的多位数据；1代表逻辑高电平，0代表逻辑低电平。

信号边沿检测处理电路100负责检测di信号的下降沿，该电路会在di下降沿时输出标志信号dipl供其他模块电路使用，dipl信号是一个正脉冲。

应当理解的是，所述自适应数据解码电路包括第一时钟信号ck1，所述信号边沿检测处理电路100的输入端和所述参考码解码电路300的输入端均输入所述第一时钟信号ck1。

复位码检测电路200成功检测到复位码后，产生复位信号reset，reset信号是一个正脉冲。参考码解码电路300收到reset信号后，首先将输出ed信号置为0，然后准备计算参考码的长度，在reset信号之后的di的前两次下降沿间隔时间就是参考码长度，这里通过第一时钟信号ck1计数的方式来计算参考码长度的。参考码解码电路计算好参考码长度后，将此长度值除以2n后保存为q，并实时从其输出端q输出为其他相关电路使用，同时将输出信号ed置1以备其他电路使用。至此，参考码解码完成，参考码解码电路停止工作，直到下次reset信号来再次按上述流程工作。

具体地，如图6所示，所述自适应数据解码电路包括计数器电路500和数据比较器电路600，所述参考码解码电路300的输出端连接所述数据比较器电路600的第一输入端，所述计数器电路500的输出端连接所述数据比较器电路600的第二输入端，所述数据比较器电路600的输出端连接所述数据包解码电路400，所述计数器电路500用于输入使能信号与第一时钟信号，并输出计数器结果，所述数据比较器电路600用于根据所述计数器结果与所述参考码解码结果生成第二时钟信号ck2，所述第二时钟信号ck2用于输入至所述数据包解码电路400。

进一步具体地，如图6所示，所述自适应数据解码电路包括rs触发器700，所述rs触发器700的r端连接所述第二时钟信号，所述rs触发器700的s端连接所述标志信号，所述rs触发器700的输出端q连接所述计数器电路的使能信号端，所述rs触发器700用于根据所述标志信号和所述第二时钟信号输出所述使能信号。

进一步具体地，如图6所示，所述自适应数据解码电路包括d触发器800，所述d触发器800的d端连接所述数据比较器电路600的输出端，所述d触发器800的时钟信号端连接所述第一时钟信号，所述d触发器800的输出端q输出第二时钟信号ck2。

具体地，参考码解码完成后ed信号被置1，其他各相关电路在ed信号等于1时开始数据包解码工作。来自信号边沿检测处理电路100的标志信号dipl表示数据码的开始，标志信号dipl使得rs触发器700的输出端q输出1，rs触发器700的输出端q与计数器电路500的输入端en相连接，当计数器电路500的输入端en变为1时，其内部计数器开始工作，即以时钟ck1计数，并实时将计数器的结果q输出。数据比较器电路600的输入端a和输入端b分别与参考码解码电路300的输出q和计数器电路500的输出q连接。当数据比较器电路600的输入a和输入b相等时，其输出端y输出1。d触发器800的输入端d与数据比较器电路600的输出端y连接，在d触发器800的输入端d变为1时，在其时钟ck作用下，其输出端q输出1。d触发器800的输出端q输出第二时钟信号ck2。第二时钟信号ck2与rs触发器700的输入端口r连接，同时还连接数据解码电路400的时钟端ck。当第二时钟信号ck2变为1时，rs触发器700输出端q被置为0，这样计数器电路500停止工作，同时其输出q被置为0，从而数据比较器电路600输出y随之变为0，最后第二时钟信号ck2再次变为0。

从上面描述的相关电路工作过程可以看出，从di下降沿开始到一定时间点产生一个脉冲信号ck2。具体时序波形参考图7。

假设数据包中的一个数据码的长度是tl，则参考码的长度是n*tl，每个数据码经过上述电路处理后，会在1/2tl时间点产生第二时钟信号ck2。如果合理定义数据1码和数据0码的高、低电平长度，并以第二时钟信号ck2为时钟将数据di存储下来，那么数据1码和数据0码就能分别得到对应值1和0。这样就完成了一位数据码的解码工作。

数据包中所有数据都按上述方法依次完成解码工作，led单元其他相关电路按照数据帧中关于数据包的具体定义，并根据自身地址获得属于自己的数据。

从上述数据解码过程可以看出，在一定范围内，不管数据码长度tl是多少，只要满足参考码的长度是数据包中一个数据码长度n倍的关系，采用本发明实施例提供的自适应数据解码电路，led单元都能正确辨识数据1码和数据0码。tl长度不同，代表了数据传输速率不同。也就是说，控制器发送数据的速率不需要固定为某一个值，而是在一定范围内设定一个，led单元都能正确解码并获得数据。

在实际产品设计时，根据具体应用，适当选取n值，并预估数据码长度tl的范围，设计好满足n值和tl范围的硬件电路即可实现自适应数据传输。

本发明实施例所述的led单元有4路输出。每路输出由8位数据控制其输出占空比。由主控制器发送数据，各led单元根据自身地址解码并获得属于自己的数据，主控制器与各led单元之间的数据传输正是采用本发明实施例提供的自适应数据解码电路。

多个led单元并联使用，硬件连接如图1和图2示，各led单元根据自己的地址从主控器发送的数据中解码属于自己的数据。led单元首先把加载在电源线(vdd)上的数据转换为标准的数字信号di，这部分工作由专门的电路来完成，此处不再详述。以下描述中所谓数据都是指的di。

下面以一个具体实施例对本发明提供的自适应数据解码电路的工作过程进行详细描述。

本发明实施例数据帧定义如图8示。

持续时间超过120us(us是时间单位：微秒。下同)的高电平为复位码。

优选地，在本发明实施例中，所述参考码的长度为所述数据包中一个数据码的长度的8倍。

参考码长度与一个数据码长度的倍数n＝8。

一个数据码长度tl范围是3～30us。数据码高、低电平长度满足图5以及表1所示要求。

数据包包括指令字节cmd和数据d0～dn。所有led单元电路都会收到指令字节cmd；数据d0～dn是对应地址0～n的led单元电路用于控制4路输出的数据，led单元电路根据自己地址收取对应数据。

本发明实施例自适应数据解码原理如图6示，用于解码电路的第一时钟信号ck1频率设计为10mhz，其周期是0.1us。根据数据帧定义知道，参考码最长240us，所以参考码解码电路300中用于检测参考码长度的计数器设计为12位即可满足要求，该12位计数器结果除以2n即是参考码解码电路的输出q，因为n＝8，所以q是该12位计数器除以16得到的，因此q是一个8位数据。计数器电路500在实际工作中需要能够计量的范围是数据码的一半，即1.5us～15us，这里设计为8位计数器，最大可计量范围是0.1us*256＝25.6us，完全满足本实施例的要求。数据比较器电路600因此也设计为8位即可。

信号边沿检测处理电路100实时工作，在di信号下降沿时产生信号dipl供其他电路使用，如图7示。

需要说明的是，如图10所示，为所述信号边沿检测处理电路100的一种具体实施方式的电路原理图，具体由三个d触发器、非门、与门以及或非门组成。应当理解的是，图10所示的电路结构仅为示例，本发明实施例中的所述信号边沿检测处理电路100并不限于图10的结构。

复位码检测电路200识别到复位码后产生复位信号reset，根据数据帧定义知道，复位之后是参考码，reset使参考码解码电路300进入工作状态，首先将输出ed设置为0，之后在dipl信号作用下，完成参考码长度计算并得到最终输出结果q，同时将输出信号ed设置为1。具体工作流程如下，reset信号后的首个dipl信号代表参考码开始，此时参考码解码电路内部计数器开始工作，即以ck1为时钟进行计数，当下一个dipl信号出现时，代表参考码结束，此时电路要做以下两个工作，第一是暂停计数器工作，将其结果除以16后存储到输出寄存器q并实时输出；第二是将电路输出信号ed设置为1。参考码解码到此结束，等下一帧数据来时再次重复上述工作过程。

参考码解码完成后，将进行数据码解码工作。数据码解码过程如下：当ed信号是1时，所有数据码解码相关电路开始工作，数据码开始于di下降沿，有dipl信号产生，dipl信号将rs触发器700输出q置为1，当计数器电路500输入端en接收到rs触发器700的输出q变为1时，启动工作，即以其时钟信号ck为时钟进行计数，计数器结果q实时输出，当其计数结果q与参考码解码电路300输出q相等时，数据比较器电路600输出y变为1，数据比较器电路600输出y与d触发器800输入端d连接，当d触发器800检测到输入d变为1时，在第一时钟信号ck1作用下使其输出q变为1。d触发器800输出端q驱动第二时钟信号ck2。当第二时钟信号ck2变1后，作用于rs触发器700并使其输出q变0，计数器电路500的en端变为0时，会使其输出q变为0，在经过数据比较器电路600和d触发器800作用后，第二时钟信号ck2在第一时钟信号ck1作用下再次变为0。上述过程的结果是在数据码长度二分之一处产生第二时钟信号ck2，其时序波形如图7示。数据解码电路400以第二时钟信号ck2为时钟将di数据存储并输出到do信号以为其他模块电路使用，至此一位数据码解码完成。

如图9所示，为本发明实施例中的参考码解码电路300的电路原理图，具体由三个rs触发器、与非门、或门以及计数器310组成，其中高8位q[11:4]表示参考码解码电路300的输出q。

需要说明的是，关于复位码检测电路200、数据包解码电路400、计数器电路500以及数据比较器电路600的具体实施电路原理图为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。

led单元电路将按上述方式依次解码所有数据码。

led单元的其他模块电路使用第二时钟信号ck2以及do数据信号，将数据按照8位一组进行使用，一帧数据中首8位是指令字节cmd，所有led单元都收到cmd字节。之后根据cmd要求和当前led单元电路地址接收属于自己的数据并存储备用。在下一个复位码标志信号reset时，将收到的数据作用于输出模块，从而完成主控制器发送数据控制各led单元电路4路输出的任务。

从实施例关于自适应解码的过程来看，主控制器发出的一帧数据，只要满足复位码大于120us、数据码长度3us～30us、参考码长度是数据码的8倍的要求，led单元电路都可以正常解码获得指令和数据。

综上，本发明提供的自适应数据解码电路及led单元电路，可以接受发送端数据码长度在一定范围内随意选取，相对于只能接受固定数据码长度的led单元，应用范围更广，对应用环境适应性更强。因为发送端可以在要求范围内随意改变数据码长度，所以，在实际工程中，可根据需要改变发送速率以获得更优秀的效果，例如，可以提高发送数据的速率以提高led单元显示帧频，也可以降低发送速率以使点数特别多的情况下能正常工作。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。