【導讀】本應用筆記介紹了如何使用Dialog GreenPAK? SLG46620V創(chuàng )建智能數字調光器設計。調光器是住宅、酒店和許多建筑中常用的照明開(kāi)關(guān)。較舊版本的調光開(kāi)關(guān)是手動(dòng)的，一般包含一個(gè)旋轉開(kāi)關(guān)（電位計）或多個(gè)按鈕來(lái)控制照明水平。本應用筆記介紹了如何創(chuàng )建可以通過(guò)兩種方法（智能手機和物理按鈕）控制照明亮度的數字調光器。
術(shù)語(yǔ)和定義
CMIC：可配置混合信號IC（Configurable Mixed-Signal Integrated Circuits）
UART：通用異步收發(fā)器（Universal asynchronous receiver-transmitter）
LED：發(fā)光二極管（Light-emitting diode）
SPI：串行外設接口（Serial Peripheral Interface）
PWM：脈沖寬度調制（Pulse-width modulation）
FSM：有限狀態(tài)機（Finite-state machine）
LUT：查找表（Look-up table）
DFF：D觸發(fā)器（D-type flip-flop）
引言
本應用筆記介紹了如何使用Dialog GreenPAK? SLG46620V創(chuàng )建智能數字調光器設計。調光器是住宅、酒店和許多建筑中常用的照明開(kāi)關(guān)。較舊版本的調光開(kāi)關(guān)是手動(dòng)的，一般包含一個(gè)旋轉開(kāi)關(guān)（電位計）或多個(gè)按鈕來(lái)控制照明水平。本應用筆記介紹了如何創(chuàng )建可以通過(guò)兩種方法（智能手機和物理按鈕）控制照明亮度的數字調光器。這兩種模式可以無(wú)縫地協(xié)同工作，用戶(hù)可以通過(guò)按鈕或智能手機來(lái)調高或調低照明亮度。該項目采用了SLG46620V 可配置混合信號IC（CMIC）、HC-06藍牙模塊、按鈕和LED。
我們將使用SLG46620V CMIC，它有助于將分立器件數量降到最少。GreenPAK IC體積小，含有多用途組件，有助于設計人員減少產(chǎn)品設計的元件數量和增加新功能。此外，項目的成本也隨之降低。SLG46620V這顆小巧的芯片中包含一個(gè)SPI連接接口、多個(gè)PWM模塊、有限狀態(tài)機（FSM）以及很多有用的附加模塊。這些組件有助于設計工程師創(chuàng )建可以通過(guò)藍牙設備或墻壁按鈕進(jìn)行控制的實(shí)用智能調光器，支持延時(shí)調光，并提供額外的可選功能，而無(wú)需使用微控制器或昂貴的元件。
項目特點(diǎn)：
1.兩種控制方法：移動(dòng)app和實(shí)體按鈕
2.平滑的燈光開(kāi)關(guān)過(guò)渡。這對消費者來(lái)說(shuō)更健康，也給人一種更豪華的感覺(jué)，這對酒店和其他服務(wù)行業(yè)很有吸引力。
3.睡眠模式功能。這是此應用的一項附加價(jià)值，當用戶(hù)開(kāi)啟這個(gè)模式時(shí)，燈光亮度會(huì )在10分鐘內逐漸降低。這有助于患有失眠癥的人，它也適用于兒童臥室和零售店（關(guān)閉時(shí)）。
項目界面
該項目界面有四個(gè)按鈕，作為GreenPAK輸入：
開(kāi)/關(guān)：打開(kāi)和關(guān)閉燈光（軟啟動(dòng)/關(guān)閉）
調亮：調高燈光亮度
調暗：調低燈光亮度
睡眠模式：開(kāi)啟睡眠模式時(shí)，燈光亮度會(huì )在10分鐘內逐漸降低。這給用戶(hù)睡前一些時(shí)間，并確保燈光不會(huì )整夜都亮著(zhù)。
系統將輸出一個(gè)PWM信號，該信號將傳送到外部LED和睡眠模式LED指示燈。
GreenPAK芯片
圖1：調光器框圖
該GreenPAK設計由4個(gè)主要功能塊組成。第一個(gè)是UART接收器，它從藍牙模塊接收數據，提取命令，并將它們發(fā)送到控制單元。第二個(gè)功能塊是一個(gè)控制單元，它接收來(lái)自UART接收器或外部按鈕的命令?？刂茊卧獩Q定所需的操作（打開(kāi)/關(guān)閉、調亮、調暗、啟用睡眠模式）。該單元使用LUT實(shí)現。
第三個(gè)功能塊是時(shí)鐘（CLK）發(fā)生器。在此項目中，采用了一個(gè)FSM計數器來(lái)控制PWM。FSM的值將根據3個(gè)頻率（高、中和低）給出的命令而變化（升高、降低）。在這個(gè)部分中，將生成三個(gè)頻率，所需的時(shí)鐘信號根據要求的順序傳輸給FSM；在打開(kāi)/關(guān)閉操作時(shí)，高頻信號傳輸到FSM來(lái)進(jìn)行軟啟動(dòng)/停止。在調光期間，中頻信號通過(guò)。低頻信號在睡眠模式通過(guò)，從而更慢速地降低FSM值。然后，燈光亮度也會(huì )緩慢下降。第四個(gè)功能塊是PWM單元，它向外部LED生成脈沖。
GreenPAK設計
使用GreenPAK創(chuàng )建調光器設計的最佳方法是使用8 bit FSM和一個(gè)PWM。在SLG46620中，FSM1包含8 bits，可與PWM1和PWM2一起使用。必須連接藍牙模塊，這意味著(zhù)必須使用SPI并行輸出。SPI并行輸出bits 0到7連接與DCMP1、DMCP2和LF OSC CLK、OUT1、OUT0 OSC輸出復用。PWM0從FSM0（16 bits）獲得其輸出。FSM0不會(huì )停在255；它可以增加到16383。為了將計數器值限制在8 bits，增加了另一個(gè)FSM；FSM1用來(lái)指示計數器何時(shí)達到0或255。FSM0用于生成PWM脈沖。由于必須同時(shí)更改兩個(gè)FSM的值來(lái)確保它們具有相同的值，因此設計變得有點(diǎn)復雜，兩個(gè)FSM都具有預定義的、有限的、可選CLK。使用CNT1和CNT3作為介體將時(shí)鐘信號傳送到兩個(gè)FSM。
設計包含以下部分：
1．UART接收器
首先，我們需要設置HC06藍牙模塊。HC06使用UART協(xié)議進(jìn)行通信。UART代表通用異步接收器/發(fā)射器。UART可以在并行和串行格式之間來(lái)回轉換數據。它包括一個(gè)串行到并行接收器和一個(gè)并行到串行轉換器，它們的時(shí)鐘是分開(kāi)的。HC06中接收到的數據將傳輸到我們的GreenPAK器件。引腳10的空閑狀態(tài)為HIGH。發(fā)送的每串數據都以邏輯低啟動(dòng)位，隨后是可配置數量的數據位，以及一個(gè)或多個(gè)邏輯高停止位。
HC06發(fā)送1個(gè)起始位、8個(gè)數據位和一個(gè)停止位。它的默認波特率是9600。我們將從HC06發(fā)送數據字節到GreenPAK SLG46620V的SPI模塊。
由于Silego SPI模塊沒(méi)有起始位或停止位控制，因此這些位用于使能和禁用SPI時(shí)鐘信號（SCLK）。當引腳10變?yōu)長(cháng)OW時(shí)，IC已經(jīng)接收到一個(gè)起始位，所以我們使用PDLY下降沿檢測器來(lái)識別通信的開(kāi)始。該下降沿檢測器為DFF0提供時(shí)鐘，使SCLK信號能夠為SPI模塊提供時(shí)鐘。
我們的波特率為每秒9600位，所以我們的SCLK周期是1/9600 = 104 μs。因此，我們將OSC頻率設置為2 MHz，并使用CNT0作為分頻器。
2 MHz-1 = 0.5 μs
(104 μs / 0.5 μs) - 1 = 207
因此，我們希望CNT0計數器值為207。為確保不丟失數據，在SPI時(shí)鐘上增加半個(gè)時(shí)鐘周期延遲，從而SPI功能塊在正確的時(shí)間進(jìn)行計時(shí)。這是通過(guò)使用CNT6、2-bit LUT1和OSC模塊的外部時(shí)鐘來(lái)實(shí)現的。CNT6的輸出在DFF0計時(shí)52 μs后才會(huì )變高，這恰好是我們SCLK周期104 μs的一半。當它變高時(shí)，2-bit LUT1 與門(mén)允許2 MHz OSC信號進(jìn)入EXT. CLK0輸入，其輸出連接到CNT0。
圖2：UART接收器
2．控制單元
在這部分中，將根據UART接收器接收的字節或根據來(lái)自外部按鈕的信號執行命令。引腳12、13、14、15被初始化為輸入，并連接到外部按鈕。
每個(gè)引腳內部連接到OR門(mén)輸入，門(mén)的第二個(gè)輸入端通過(guò)藍牙連接來(lái)自智能手機的相應信號，該信號將出現在SPI并行輸出上。
DFF6用于激活睡眠模式，其輸出變?yōu)楦?，上升沿?lái)自2-bit LUT4，而DFF10用于維持照明狀態(tài)，其輸出從低變?yōu)楦?，當每個(gè)上升沿來(lái)自3-bit LUT10輸出時(shí)反之亦然。
FSM1是一個(gè)8-bit計數器；當它的值達到0或255時(shí)，它在輸出上給出一個(gè)高脈沖。因此，它用于防止FSM0（16-bit）的值超過(guò)255，它的輸出復位DFF，并且它將DFF10狀態(tài)從開(kāi)啟變?yōu)殛P(guān)閉。如果照明由按鈕 + 和 - 控制，并且已達到最大/最小值，亦是這樣。
連接到FSM1輸入的信號keep、up將通過(guò)P11和P12到達FSM0，以保持同步，在兩個(gè)計數器上保持相同的值。
圖3：控制單元設計
3．時(shí)鐘發(fā)生器和復用器
在這部分中，將生成三個(gè)頻率，但只有一個(gè)頻率將在任一時(shí)候為FSM計時(shí)。第一個(gè)頻率是RC OSC，它從矩陣0到P0取出。第二頻率是LF OSC，它也從矩陣0到P1取出。第三個(gè)頻率是CNT7輸出。
根據3-bit LUT14輸出，3-bit LUT9和3-bit LUT11允許一個(gè)頻率通過(guò)。之后，所選擇的時(shí)鐘通過(guò)CNT1和CNT3發(fā)送到FSM0和FSM1。
圖4：時(shí)鐘發(fā)生器設計
4. PWM
最后，FSM0值轉換為PWM信號，通過(guò)引腳20出現，引腳20初始化為輸出，并連接到外部LED。
圖5：PWM功能塊
安卓app
安卓app具有類(lèi)似于真實(shí)界面的虛擬控制界面。它有五個(gè)按鈕：ON/OFF、UP、DOWN、睡眠模式和連接。該安卓應用程序將按鈕按動(dòng)操作轉換為命令，并將命令發(fā)送到藍牙模塊來(lái)執行。
這個(gè)app是用MIT App Inventor制作的，不需要任何編程經(jīng)驗。App Inventor允許開(kāi)發(fā)人員使用網(wǎng)頁(yè)瀏覽器連接編程模塊來(lái)為安卓OS設備創(chuàng )建應用程序。您可以將我們的App導入MIT App Inventor，具體步驟為：?jiǎn)螕粑业挠嬎銠C上的項目 - > 導入項目（.aia），然后選擇此App Note中包含的.aia文件。
要創(chuàng )建安卓應用程序，必須啟動(dòng)新項目。需要五個(gè)按鈕：一個(gè)是藍牙設備的列表選擇器，其他是控制按鈕。我們還需要添加藍牙客戶(hù)端。圖6是我們的安卓app用戶(hù)界面的截屏。
添加按鈕后，我們將為每個(gè)按鈕分配軟件功能。我們將使用4 bits來(lái)代表按鈕的狀態(tài)。每個(gè)按鈕一個(gè)bit， 因此，當您按下按鈕時(shí)，一個(gè)特定的數字將通過(guò)藍牙發(fā)送到實(shí)際電路。
圖6：按鈕的編程模塊
這些數字如表1所示：
表1：指令-Bit表示
圖7：按鈕編程模塊
圖8：電路原理圖
圖9：原型界面
總結
本應用筆記介紹了一種可以通過(guò)兩種方式（安卓app和實(shí)體按鈕）控制的智能調光器。介紹了GreenPAK SLG46620V內部四個(gè)獨立的功能塊，用于控制增加或減少燈光PWM的工作流程。此外，還介紹了睡眠模式功能，作為該應用中可選的額外調制的示例，該示例是低電壓的，也可以更改成高電壓的功能。
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