灯珠的控制电路和灯珠系统的制作方法

1.本实用新型涉及电路技术领域，尤其是涉及一种灯珠的控制电路和灯珠系统。


背景技术：

2.型号为w2812的灯珠是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控led(light emitting diode，发光二极管)光源。采用串行级联接口能通过一根信号线完成多颗led的数据的接收与解码。在大多数使用多颗w2812的情况下，一般可以采用直接供电然后单总线发送灯珠的颜色数据。
3.然而，上述控制方式可能会出现以下异常：1、上电过程中数据总线电平的抖动，即控制芯片的io(input output，输入输出)初始化过程会有电平变化，会引起某些灯珠异常亮起。2、总线发送完成显示颜色后总线上的干扰会引起某些灯珠颜色异常。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种灯珠的控制电路和灯珠系统，以在供电端增加mos管(metal oxide semiconductor field effect transistor，场效应管)，从而控制所有灯珠的电源通断，防止出现异常；在灯珠的信号总线上，增加下拉电阻，可以有效的将干扰导入大地，防止干扰信号影响信号总线。
5.第一方面，本实用新型实施例提供了一种灯珠的控制电路，灯珠的控制电路包括：控制芯片、mos管、输入电压、输入引脚；控制电路与外部的灯条电路通过信号总线连接；信号总线中设置有下拉电阻和滤波电容；下拉电阻的一端与信号总线连接，下拉电阻的另一端接地；下拉电阻和滤波电容并联，滤波电容接地；其中，mos管的栅极和输入引脚连接，mos管的源极与输入电压连接，mos管的漏极与控制芯片连接；控制芯片接地，mos管的栅极和mos管的源极连接，输入电压和控制芯片连接；mos管用于控制灯条电路的电源断开和闭合。
6.在本技术可选的实施例中，上述灯珠的控制电路包括：第一电阻、第二电阻和第三电阻；第一电阻设置于mos管的栅极和输入引脚之间，第二电阻设置于mos管的栅极和mos管的源极之间，第三电阻设置于输入电压和控制芯片之间。
7.在本技术可选的实施例中，当灯珠的控制电路初次上电时，mos管的输入引脚处于高阻态，mos管处于截止状态，灯条电路的电源断开。
8.在本技术可选的实施例中，上述信号总线中还设置有信号放大电路；信号放大电路用于提升信号总线的电压。
9.在本技术可选的实施例中，上述控制电路向灯条电路发送数据之前，信号总线拉低至低电平。
10.在本技术可选的实施例中，上述在控制电路向灯条电路发送数据之后，信号总线由低电平拉升至高电平。
11.在本技术可选的实施例中，上述mos管为p沟道mos管。
12.第二方面，本实用新型实施例还提供一种灯珠系统，包括灯条电路和上述的灯珠
的控制电路，灯条电路和灯珠的控制电路连接。
13.在本技术可选的实施例中，上述灯条包括串行级联的多个灯珠。
14.本实用新型实施例带来了以下有益效果：
15.本实用新型实施例提供了一种灯珠的控制电路和灯珠系统，灯珠的控制电路包括：控制芯片、mos管、输入电压和输入引脚，在供电端增加mos管，从而控制所有灯珠的电源通断，防止出现异常；控制电路与外部的灯条电路通过信号总线连接，信号总线中设置有下拉电阻，可以有效的将干扰导入大地，防止干扰信号影响信号总线。
16.本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
17.为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本实用新型实施例提供的一种灯珠的控制电路的结构示意图；
20.图2为本实用新型实施例提供的另一种灯珠的控制电路的结构示意图；
21.图3为本实用新型实施例提供的一种控制电路与灯条电路连接的示意图；
22.图4为本实用新型实施例提供的一种信号总线的示意图；
23.图5为本实用新型实施例提供的一种信号放大电路的示意图；
24.图6为本实用新型实施例提供的一种灯珠系统的结构示意图。
25.图标：1-mos管；2-控制芯片；3-输入电压；4-输入引脚；51-下拉电阻；52-滤波电容；61-第一电阻；62-第二电阻；63-第三电阻；10-控制电路；20-灯条电路；100-信号总线；1000-灯珠系统。
具体实施方式
26.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
27.目前，型号为w2812的灯珠是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控led光源。采用串行级联接口能通过一根信号线完成多颗led的数据的接收与解码。在大多数使用多颗w2812的情况下，一般可以采用直接供电然后单总线发送灯珠的颜色数据。
28.然而，上述控制方式可能会出现以下异常：1、上电过程中数据总线电平的抖动，即控制芯片的io初始化过程会有电平变化，会引起某些灯珠异常亮起。2、总线发送完成显示颜色后总线上的干扰会引起某些灯珠颜色异常。
29.基于此，本实用新型实施例提供的一种灯珠的控制电路和灯珠系统，具体提供了
一种防止w2812灯珠总线干扰的控制电路，在供电端增加mos管，从而控制所有灯珠的电源通断，防止出现异常。
30.为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种灯珠的控制电路进行详细介绍。
31.实施例一：
32.本实用新型实施例提供一种灯珠的控制电路，参见图1所示的一种灯珠的控制电路的结构示意图，该灯珠的控制电路包括：控制芯片2、mos管1、输入电压3和输入引脚4；控制电路10与外部的灯条电路20通过信号总线100连接；信号总线100中设置有下拉电阻51和滤波电容52；下拉电阻51的一端与信号总线100连接，下拉电阻51的另一端接地；下拉电阻51和滤波电容52并联，滤波电容52接地；
33.其中，mos管1的栅极和输入引脚4连接，mos管1的源极与输入电压3连接，mos管1的漏极与控制芯片2连接；控制芯片2接地，mos管1的栅极和mos管1的源极连接，输入电压3和控制芯片2连接；mos管1用于控制灯条电路的电源断开和闭合。
34.其中，输入电压可以为5v的电压，mos管可以为p沟道mos管。本实施例提供的灯珠的控制电路可以应用于mcu(microcontroller unit，微控制单元)中。mos管即金属氧化物半导体型场效应管，属于场效应管中的绝缘栅型，mos管可以利用绝缘栅极下的p型区与源漏之间的扩散电流和电场在垂直方向上的不同导电特性来工作。
35.pmos是指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的mos管。mos管可分为n沟道与p沟道两大类，p沟道硅mos场效应晶体管在n型硅衬底上有两个p+区，分别叫做源极和漏极，两极之间不通导，栅极上加有足够的负电压(源极接地)时，栅极下的n型硅表面呈现p型反型层，成为连接源极和漏极的沟道。
36.改变栅压可以改变沟道中的电子密度，从而改变沟道的电阻。这种mos场效应晶体管称为p沟道增强型场效应晶体管。如果n型硅衬底表面不加栅压就已存在p型反型层沟道，加上适当的偏压，可使沟道的电阻增大或减小。这样的mos场效应晶体管称为p沟道耗尽型场效应晶体管，统称为pmos晶体管。
37.p沟道mos晶体管的空穴迁移率低，因而在mos晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下，pmos晶体管的跨导小于n沟道mos晶体管。此外，p沟道mos晶体管阈值电压的绝对值一般偏高，要求有较高的工作电压。
38.本实施例中，当灯珠的控制电路初次上电时，mos管的输入引脚处于高阻态，mos管处于截止状态，灯条电路的电源断开。
39.为了防止上电过程中数据总线的电平抖动造成个别灯珠颜色异常，本实施例中当控制端上电且mcu未初始化时，输入引脚可以默认为浮空输出处于高阻态，则pmos的栅极为高电平mos管截止，灯珠不上电。然后初始化信号总线将信号总线拉低至低电平，灯珠信号总线完成初始化。最后初始化输入引脚p_rgb连接的io口，将io口电平设置为低电平。则pmos的栅极电压为1.67v。此时mos管导通，灯珠全部上电。
40.至此完成灯珠上电和第一次初始化的过程。在此过程中在供电端增加mos管可以控制所有灯珠的电源通断，先初始化总线再给灯珠上电，可以有效防止信号总线电平变化引起的灯珠异常亮起的异常。
41.本实施例设置的下拉电阻51和滤波电容52，可以使信号总线中的干扰导入大地，
从而防止干扰信号影响信号总线。
42.本实用新型实施例提供了一种灯珠的控制电路，灯珠的控制电路包括：控制芯片、mos管、输入电压和输入引脚，在供电端增加mos管，从而控制所有灯珠的电源通断，防止出现异常；控制电路与外部的灯条电路通过信号总线连接，信号总线中设置有下拉电阻，可以有效的将干扰导入大地，防止干扰信号影响信号总线。
43.实施例二：
44.本实用新型实施例提供了另一种灯珠的控制电路，参见图2所示的另一种灯珠的控制电路的结构示意图，该灯珠的控制电路包括：第一电阻61、第二电阻62和第三电阻63；
45.第一电阻61设置于mos管1的栅极和输入引脚4之间，第二电阻62设置于mos管1的栅极和mos管1的源极之间，第三电阻63设置于输入电压3和控制芯片2之间。其中，第一电阻的阻值可以为10k，第二电阻的阻值可以为100k，第三电阻的阻值可以为1k。
46.具体地，本实施例中的控制电路与灯条电路通过信号总线连接。参见图3所示的一种控制电路与灯条电路连接的示意图，其中，本实施例中的灯条电路20单独为被控制模块，通过信号总线100和控制电路10连接。控制电路通过输入引脚p_rgb上的高低电平控制pmos管的通断来控制是否给灯条电路上电。控制电路控制灯条的io信号通过rgb_io输入。
47.参见图4所示的一种信号总线的示意图，在灯珠的信号总线上，增加下拉电阻51和滤波电容52，可以有效的将干扰导入大地，防止干扰信号影响信号总线。其中，下拉电阻51的阻值可以为10k，滤波电容52的电容值可以为22pf。
48.具体地，本实施例的信号总线中还设置有信号放大电路；信号放大电路用于提升信号总线的电压。
49.参见图5所示的一种信号放大电路的示意图，图5所示的信号放大电路的右侧可以连接灯板的第一个灯珠。因为灯珠会自动修正信号所以只需要保证第一颗灯珠的信号正常即可。如果信号总线的接线过长，可以在一段距离处增加图5所示的信号放大电路，提升信号总线电压。
50.具体地，在控制电路向灯条电路发送数据之前，信号总线拉低至低电平。在控制电路向灯条电路发送数据之后，信号总线由低电平拉升至高电平。
51.本实施例中在硬件防干扰的基础上，还优化了程序。在信号总线发送完信号后总线处于低电平状态。在低电平状态下信号总线容易收到干扰的影响。为此在发送完信号后控制总线拉升至高电平，能有效防止干扰信号的影响。
52.w2812灯珠的协议规定每次灯珠完全刷新之间必须要有reset信号用于区分。reset信号为一个持续50us的低电平。因为上面我们发送完成后将总线信号拉高用于抗干扰。因此将reset信号放置在发送有效信号之前。这样就避免了信号之间的冲突。
53.如图1-图5所示，本实施例中的控制电路的工作原理如下：
54.1、当初次上电时mcu的输入引脚p_rgb和rgb_io处于浮空状态。表现为高阻态相当于断路。则pmos的g极为高电平vgs＝0v，pmos处于截止状态，灯条没有上电。此时rgb_io上的电压波动无法影响灯条显示。
55.2、此时mcu初始化rgb_io引脚为推挽输出状态，引脚电平初始化为低电平。则rgb_5处的电平为低电平。
56.3、mcu初始化p_rgb引脚为推挽输出状态，引脚电平初始化为低电平。则pmos的g极
的电压为5/(10+100)
×
10＝0.45v，vgs＝-4.55v。此时pmos导通灯条上电。并且第二步已经将灯条的电压设置为低电平。此时完成灯条的上电和初始化。
57.4、灯条显示时mcu通过rgb_io发送信号。发送完成信号后将rgb_io引脚电平设置为高电平，提高信号线的抗干扰能力。再次需要发送显示信息时先将rgb_io引脚设置为低电平持续50us复位灯条后继续发送正常显示信息。
58.实施例三：
59.本实用新型实施例提供一种灯珠系统，参见图6所示的一种灯珠系统的结构示意图，该灯珠系统1000包括：灯条电路20和上述的灯珠的控制电路10，灯条电路20和灯珠的控制电路10连接。其中，灯珠控制电路10包含上述灯珠的控制电路实施例中所述的全部技术特征，在此不再赘述。
60.具体地，灯条包括串行级联的多个灯珠。
61.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的控制系统的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。
62.另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
63.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
64.最后应说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。