【ART-PI扩展板】RGB LEDs_IO - 嘉立创EDA开源硬件平台

一、作者简介

 

作者：攻城狮晨哲

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二、项目简介

 

RGB LEDs_IO是一款为ART-PI开源硬件打造的全彩LED点阵扩展板，采用ART-PI标准PCB尺寸，可与ART-PI堆叠使用。

 

板载资源

• 板载128颗WS2812B-Mini-V3(商城编号：C114583)智能外控集成 LED 光源；
• 一个4位拨码开关(商城编号：C54950)用于切换ART-PI的控制管脚；
• 一个RTC备用CR1220-2卧式电池座（商城编号：C70381）；
• 两个卧式贴片XH2.54-3P（商城编号：C397433）的接插件用于级联。
• 两个2*20P-2.54直插排母（商城编号：C50982）

 

 

 

三、WS2812简介

 

WS2812B-Mini-V3是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源。具有较小体积，其外型尺寸与一个3535LED灯珠相同，每个元件即为一个像素点。像素点内部包含了智能数字接口数据锁存信号整形放大驱动电路，还包含有高精度的内部振荡器和可编程定电流控制部分，有效保证了像素点光的颜色高度一致。

 

数据协议采用单线归零码的通讯方式，像素点在上电复位以后，DIN端接受从控制器传输过来的数据，首先送过来的24bit数据被第一个像素点提取后， 送到像素点内部的数据锁存器， 剩余的数据经过内部整形处理电路整形放大后通过DO端口开始转发输出给下一个级联的像素点，每经过一个像素点的传输，信号减少24bit。像素点采用自动整形转发技术，使得该像素点的级联个数不受信号传送的限制，仅仅受限信号传输速度要求。

 

高达 2KHz 的端口扫描频率， 在高清摄像头的捕捉下都不会出现闪烁现象，非常适合高速移动产品的使用。

 

280μs以上的 RESET 时间，出现中断也不会引起误复位，可以支持更低频率,价格便宜的MCU。

 

LED具有低电压驱动、环保节能、亮度高、散射角度大、一致性好超、低功率及超长寿命等优点。将控制电路集成于LED上面，电路变得更加简单，体积小，安装更加简便。

 

主要特点

• IC控制电路与LED点光源共用一个电源。
• 控制电路与RGB芯片集成在一个3535封装的元器件中，构成一个完整的外控像素点。
• 内置信号整形电路，任何一个像素点收到信号后经过波形整形再输出，保证线路波形畸变不会累加。
• 内置上电复位和掉电复位电路。
• 每个像素点的三基色颜色可实现256级亮度显示，完成16777216种颜色的全真色彩显示。
• 端口扫描频率2KHz。
• 串行级联接口，能通过一根信号线完成数据的接收与解码。
• 当刷新速率30帧/秒时，级联数不小于1024点。
• 数据发送速度可达800Kbps。
• 光的颜色高度一致，性价比高。
• 具有电源反接不会损坏 。
• 外围不需要包含电容在内的所有任何电子元器件

 

机械尺寸

 

 

引脚图

引脚功能

序号	符号	管脚名	功能描述
1	VDD	电源	供电管脚
2	DOUT	数据输出	控制数据信号输出
3	VSS	地	信号接地和电源接地
4	DIN	数据输入	控制数据信号输入

 

最大额定值（如无特殊说明，T_A = 25℃，V_SS = 0V）

参数	符号	范围	单位
电源电压	VDD	+3.7 ~ +5.3	V
逻辑输入电压	VI	-0.3V~VDD+0.7V	V

 

电气参数（如无特殊说明，T_A=25℃，V_DD=5V,V_SS=0V ）

参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位	测试条件
输入电流	II	——	——	±1	μA	VI=VDD/VSS
高电平输入	VIH	2.7V	——	VDD+0.7V	V	DIN，SET
低电平输入	VIL	-0.3V	——	0.7V	V	DIN，SET
LED寿命	tled	50000	——	——	H	测试电流：12mA 测试室温：室温（25℃±5℃）
ESD	——	——	4	——	KV	HBM

 

开关特性（如无特殊说明，T_A=25℃，V_DD=5V,V_SS=0V ）

参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位	测试条件
传输延迟时间	tPLZ	——	——	300	ns	CL=15pF, DIN→DOUT, RL=10KΩ
下降时间	tTHZ	——	——	120	μs	CL=300pF, OUTR/OUTG/OUTB
输入电容	CI	——	——	15	pF	——

 

 

LED特性参数

参数	符号	颜色	静态电流<0.6A				测试
			最小值	典型值	最大值	单位	条件（工作电流）
发光强度	IV	Red	300	310	500	mcd	12mA
		Green	600	780	1000
		Blue	200	215	300
波长	λd	Red	620	622	630	nm	12mA
		Green	515	518	525
		Blue	465	472	475

 

数据传输时间

T0H	0码，高电平时间	220ns ~ 380ns
T1H	1码，高电平时间	580ns ~ 1μs
T0L	0码，低电平时间	580ns ~ 1μs
T1L	1码，高电平时间	580ns ~ 1μs
RES	帧单位，低电平时间	280ns以上

 

时序波形图

 

 

四、板框设计

 

按照ART-PI官方给出的尺寸图在CAD软件中绘制出如下尺寸板框，该板框文件已导入立创EDA，点击下图可以获取该板框的PCB文件，这是一个标准尺寸的板框文件，用户可以在此基础上调整板框的尺寸，以满足项目需求。

 

 

 

五、电路设计

 

该项目的电路部分设计并不复杂，需要考究的部分就是ART-Pi用来控制WS2812的端口选择，为了更好的使用这个ART-PI，该扩展板设计成了可以选择端口的设计，通过一个4位的拨码开关，可以很方便的切换控制管脚(PC7/PI3/PH10/PH9)，同时为了更方便的使用ART-PI 以外板卡来控制该扩展板，设计了一个3P的接插件用于外接第三方板卡，端口切换电路如下图所示。

 

由于选择的WS2812外围不需要包含电容在内的所有任何电子元器件,因此在电路设计方面就显得非常简单了,LED阵列部分电路如下图所示。

 

在ART-PI板卡上，最有特色的就是两组2*20P的排母，

 

六、PCB设计

 

该项目的PCB设计重点在于128PCS WS2812灯珠的阵列布局，下面先贴上一张完成布局的阵列图片。

 

 

 

 

待更新》》》》

 

七、PCB打样

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八、扩展板测试

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九、程序设计

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十、演示视频

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