Микросхема TLC59116 это управляемый через шину I2C драйвер светодиодов на 16 каналов. Драйвер оптимизирован для работы на светодиоды красного/зеленого/синего/желтого цвета (red/green/blue/amber, RGBA), с возможностью микширования. Каждый выход на светодиод (LED ~OUT) обладает разрешающей способностью установки яркости 8 бит (256 градаций). Каждый выход индивидуально управляется ШИМ (PWM) контроллером, который работает на частоте 97 кГц, обеспечивая скважность выхода от 0% до 99.6%.

Функциональные возможности TLC59116:

● 16 драйверов LED, выход каждого программируется на состояния Off (выключено), On (включено), Blinking (мигание). Индивидуально для каждого выхода программируется яркость. Есть режимы программируемого группового изменения яркости (Programmable Group Dimming. Частота мигания устанавливается одинаковой для группы.
● Яркость каждого канала определяется программируемы значением яркости (256 уровней, 8-Bit Linear Programmable Brightness), позволяя изменять яркость от полностью включенного светодиода до полностью выключенного.
● Групповое управление яркостью (256-Step Group Brightness Control), групповое мигание (256-Step Group Blinking), осуществляемое с помощью ШИМ 190 Гц. Частота мигания группы может программироваться от периода 24 Гц (быстрое мигание) до периода 10.73 сек (очень медленное мигание), с яркостью от 0% до 99.6%.
● 4 аппаратных входа установки адреса I2C позволяют подключить до 14 микросхем TLC59116 к одной шине I2C, что позволяет программировать каждую из этих микросхем индивидуально.
● 4 программно конфигурируемых адреса I2C (один для LED Group Call Address, и три LED Sub Call Address) позволяют группе устройств быть адресованными одновременно в любой комбинации.
● Функция программного сброса (Software Reset, SWRST Call) позволяет сбросить состояние устройства через шину I2C.
● Функции детектирования открытого выхода (Open-Load) и перегрева (Overtemperature Detection Mode) для определения ошибок на отдельном выходе (Detect Individual LED Errors).
● Программируемые варианты изменения состояния выхода - по подтверждению (Acknowledge) или по команде Stop, чтобы обновлять выходы побайтно или все выходы одновременно (по умолчанию обновление одновременно, по команде Stop).
● Выходной ток настраивается внешним резистором REXT.
● Диапазон постоянного выходного тока: от 5 mA до 120 mA.
● Максимальное выходное напряжение 17V.
● Внутренний генератор 25 МГц, не требующий внешних компонентов.
● Режим совместимости с быстрой шиной (1-MHz Fast-mode Plus I2C, FMT), с высокой нагрузочной способностью сигнала SDA (30-mA High-Drive Capability), позволяющей работать на шине с большой паразитной емкостью.
● Внутренний сброс по питанию (Power-On Reset).
● Фильтр помех на входах SCL и SDA.
● Отсутствие паразитных импульсов при подаче питания (Power-Up).
● Сброс по импульсу лог. 0 на входе ~RESET.
● Поддерживается горячее к шине I2C и питанию.
● Низкий ток потребления в режиме приостановки (Low Standby Current).
● Напряжение питания 3.3V или 5V.
● Входы, допускающие уровни логики 5.5V (5.5-V Tolerant Inputs).
● Выпускаются в корпусах TSSOP28 (PW) и VQFN32 (RHB).
● Диапазон рабочих температур –40°C .. 85°C.

Области применения:

● Игрушки.
● Небольшие матричные индикационные панели.
● Промышленное оборудование.

Варианты поставки⁽¹⁾:

Примечание (1): информацию обо всех доступных вариантах корпуса (package) смотри в приложении "Orderable Addendum" оригинального даташита [1].

Типовое применение TLC59116:

Индивидуальный PWM-контроллер позволяет задать каждому светодиоду (LED) собственное значение яркости. Дополнительный групповой PWM-контроллер с 8-битным разрешением (256 шагов) имеет как фиксированную частоту 190 Гц, так и регулируемую частоту в диапазоне от 24 Гц до одного раза каждые 10.73 секунды, при этом коэффициент заполнения (скважность) регулируется от 0% до 99,6%. Групповой ШИМ-контроллер выполняет диммирование или мигание всех светодиодов одновременно с одним и тем же значением.

Каждый выход LED может быть выключен, включен (без управления PWM), или установлен на определенную яркость PWM как индивидуально, так и на значения группового PWM-контроллера.

TLC59116 работает от напряжения питания в диапазоне от 3V до 5.5V, и выходы светодиодов могут получать ток от источника напряжения до 17V. Светодиоды могут напрямую подключаться к выходам ~OUTn без дополнительных резисторов.

Определяемые программно групповой адрес (LED Group) и три подадреса (Sub Call) на шине I2C позволяют всем устройствам TLC59116 или их определённым группам отвечать на общий адрес шины I2C. Это даёт возможность, например, одновременно включать или выключать все светодиоды одного цвета или создавать эффект "бегущей строки" (marquee chasing), тем самым минимизируя количество команд на шине I2C.

4 входа микросхемы TLC59116 позволяют аппаратно задавать адрес шины, что дает возможность подключить к одной шине I2C до 14 микросхем одновременно.

Команда программного сброса (Software Reset, SWRST) позволяет мастеру шины выполнить сброс TLC59116 через шину I2C, что идентично аппаратному сбросу по питанию Power-On Reset (POR). Сброс инициализирует все регистры в состояние по умолчанию, при этом все выходы переходят в состояние высокого сопротивление (LED off). Это позволяет легко и быстро переконфигурировать регистры устройства.

[Цоколевка корпусов и назначение выводов]

Корпус TSSOP28 (PW), вид сверху:

Корпус VQFN32 (RHB), вид сверху:

NC означает "NO internal connection", вывод не используется и никуда не подключен. Нижнюю контактную площадку Exposed Thermal Pad следует использовать как вторичное заземление.

Функциональное назначение выводов:

Примечание (1): I означает вход (Input), O выход (Output).

[Подробное описание TLC59116]

TLC59116 это управляемый по шине I2C 16-канальный драйвер светодиодов, оптимизированный для смешивания цветов RGBA (красный/зелёный/синий/янтарный). Каждый выход для светодиода имеет собственный индивидуальный ШИМ-контроллер с 8-битным разрешением (256 шагов) и фиксированной частотой 97 кГц, с коэффициентом заполнения, регулируемым от 0% до 99.6%. Индивидуальный ШИМ-контроллер позволяет задать каждому светодиоду собственное значение яркости. Дополнительный групповой ШИМ-контроллер с 8-битным разрешением (256 шагов) имеет как фиксированную частоту 190 Гц, так и регулируемую частоту в диапазоне от 24 Гц до одного раза каждые 10.73 секунды, при этом коэффициент заполнения регулируется от 0% до 99.6%. Групповой ШИМ-контроллер выполняет диммирование или мигание всех светодиодов одновременно с одним и тем же значением.

Функциональная блок-схема TLC59116:

Open-Circuit Detection. Обнаружение обрыва цепи светодиода (LED open-circuit detection) в TLC59116 сравнивает фактический (действующий) уровень тока I_OUT с пороговым током обнаружения обрыва нагрузки I_OUT,Th. Если I_OUT ниже порога I_OUT,Th, TLC59116 определяет состояние обрыва нагрузки (open load condition). Этот статус ошибки можно считать как флаг ошибки через регистры EFLAG1 и EFLAG2.

Для детектирования open-circuit error канал должен быть включен, и ШИМ должна быть выключена.

Таблица 1. Open-Circuit Detection.

Примечание (1): I_OUT,Th = 0.5 × I_OUT,target (типовое значение).

Overtemperature Detection и Shutdown. TLC59116 оснащён глобальным датчиком перегрева и 16 индивидуальными датчиками перегрева, избирательно по каждому каналу.

● Когда глобальный датчик достигает температуры срабатывания (trip temperature), все выходные каналы отключаются, а статус ошибки сохраняется во внутреннем регистре Error Status каждого канала. После отключения каналы автоматически перезапускаются после остывания, если управляющий сигнал (выходная защёлка) остаётся включённым. Сохранённый статус ошибки не сбрасывается после остывания и может быть считан как код статуса ошибки в регистрах EFLAG1 и EFLAG2.
● Когда один из канальных датчиков достигает температуры срабатывания, отключается только затронутый выходной канал, и статус ошибки сохраняется только во внутреннем регистре Error Status затронутого канала. После отключения и после остывания канал автоматически перезапускается, если управляющий сигнал (выходная защёлка) остаётся включённым. Сохранённый статус ошибки не сбрасывается после остывания и может быть считан как код статуса ошибки в регистрах EFLAG1 и EFLAG2.

Для канального детектирования перегрева соответствующий канал должен быть включен.

Флаги ошибки обрыва выхода и перегрева складываются по ИЛИ для установки регистров EFLAG1 и EFLAG2.

Код статуса ошибки из-за перегрева сбрасывается, когда ведущее устройство (host) записывает 1 в бит 7 регистра MODE2. Ведущее устройство должно записать 0 в бит 7 регистра MODE2, чтобы разрешить (включить) работу флага ошибки перегрева.

Таблица 2. Overtemperature Detection⁽¹⁾.

Примечание (1): глобальный порог температуры для выключения от перегрева (global shutdown threshold temperature) составляет приблизительно 170°C.

Power-On Reset (POR). Когда на V_CC подаётся питание, внутренняя схема сброса при включении питания (power-on reset) удерживает TLC59116 в состоянии сброса до тех пор, пока V_CC не достигнет VPOR. В этот момент состояние сброса снимается, и регистры TLC59116, а также конечный автомат шины I2C инициализируются в свои состояния по умолчанию (все нули), что приводит к отключению (desеlect) всех каналов. В дальнейшем, чтобы сбросить устройство, V_CC должен быть опущен ниже 0.2V.

External Reset. Сброс может быть осуществлен подтяжкой к лог. 0 входа ~RESET на время не менее t_W. Регистры TLC59116 и машина состояний I2C остаются в своих умолчаниях до тех пор, пока на входе ~RESET не появится снова лог. 1.

Этот вход требует внешнего резистора верхней подтяжки к V_CC (pullup), если не используется активное подключение к управляющему микроконтроллеру.

Software Reset. Программный сброс, Software Reset Call (SWRST Call) позволяет сбросить одновременно все устройства на шине I2C с помощью специальной команды шины I2C.

Функция SWRST Call определена следующим образом:

1. Мастер шины посылает команду Start шины I2C.

2. На шину посылается зарезервированный адрес SWRST шины I2C 1101011 с битом R/W, установленным в 0 (write).

3. Устройство (устройства) TLC59116 посылает подтверждение (acknowledge) после того, как увидит адрес только SWRST Call 11010110 (D6h). Если бит R/W установлен в 1 (read), то мастеру не посылается I2C acknowledge.

4. Как только адрес SWRST Call был отправлен и подтвержден, мастер посылает 2 байта с определенными значениями (SWRST data byte 1 и byte 2):

(a) Byte 1 = A5h: TLC59116 подтвердит только это значение байта. Если byte 1 не равен A5h, то TLC59116 не подтвердит его.
(b) Byte 2 = 5Ah: TLC59116 подтвердит только это значение байта. Если byte 2 не равен 5Ah, то TLC59116 не подтвердит его.

Если будет отправлено большее количество байт, чем два, то TLC59116 никакой из них не подтвердит.

5. Как только два правильные байта (только байты SWRST data byte 1 и byte 2) были отправлены и корректно подтверждены, мастер посылает команду Stop для завершения SWRST Call. После этого TLC59116 сбрасывает свое состояние в default (состояние power-up), и может быть снова адресована в указанное время свободного состояния шины (bus free time, t_BUF).

Мастер шины I2C может интерпретировать отсутствие подтверждения от TLC59116 (на любом шаге) как SWRST Call Abort. TLC59116 в таком случае не инициирует сброс своих регистров. Это происходит только когда был некорректен формат последовательности Start Call.

Индивидуальное управление яркостью вместе с Group Dimming/Blinking. Сигнал с фиксированной частотой 97 кГц, с программируемой скважностью (8 бит, 256 градаций) используется для индивидуального управления яркостью каждого отдельного LED.

Поверх этого сигнала может быть наложен один из следующих сигналов (этот сигнал может быть подан на четыре выхода светодиодов):

• Более низкочастотный сигнал с фиксированной частотой 190 Гц и программируемым коэффициентом заполнения (8 бит, 256 шагов) обеспечивает глобальное управление яркостью (групповое диммирование).
• Сигнал с программируемой частотой, период от 1/24 до 1/10.73 сек (8 бит, 256 шагов), что обеспечивает глобальное управление миганием группы светодиодов.

Формирование конечной яркости (индивидуальная яркость + групповое диммирование):

Рис. 7.  Яркость и сигналы группового диммирования (Group Dimming Signals).

Примечания:

• Минимальная ширина импульса для управления яркостью LEDn составляет 40 нс.
• Минимальная ширина импульса для группового диммирования составляет 20.48 мкс (20.48 мкс / 40 нс = 512).
• Когда M = 1 (значение регистра GRPPWM), результирующий сигнал "Управление яркостью LEDn + Групповое диммирование" получает два импульса сигнала управления яркостью LED (ширина импульса = n × 40 нс, где n определено в регистре PWMx).
• Этот результирующий сигнал «Яркость + Групповое диммирование» представляет собой итоговый управляющий сигнал при M = 4 (8 импульсов).

[Функциональные режимы TLC59116]

Active. Режим активного состояния действует, когда разрешена работа одного или большего количества каналов.

Standby. Режим приостановки действует, когда запрещены все выходные каналы. В режим Standby можно войти по команде I2C или подачей импульса лог. 0 на вывод ~RESET.

Карта регистров. В следующей таблице перечислены регистры TLC59116.

Таблица 3. Краткое описание регистров.

Примечание (1): R означает чтение (read), W запись (write).

Mode Register 1 (MODE1). В следующей таблице приведено описание регистра MODE1.

Таблица 4. Назначение бит регистра MODE1 – Mode Register 1 (адрес 00h).

Примечания:

(1) R = read, W = write.
(2) Значение по умолчанию.
(3) Требуется не более 500 мкс, чтобы запустился и заработал внутренний генератор после того, как бит OSC установлен в лог. 1. Временные характеристики на выходах светодиодов не гарантируются, если к регистрам PWMx, GRPPWM или GRPFREQ происходит обращение в течение этого 500 мкс окна.

Бит OSC (бит 4) должен быть установлен в 0 перед включением любого выхода. Для правильного функционирования необходимо, чтобы этот бит был установлен в 0. Установка этого бита в 1 выключит все каналы.

Mode Register 2 (MODE2). В следующей таблице приведено описание регистра MODE2.

Таблица 5. Назначение бит регистра MODE2 – Mode Register 2 (адрес 01h).

Примечания:

(1) R = read, W = write.
(2) Значение по умолчанию.
(3) Изменение выходов по команде Stop позволяет синхронизировать друг с другом несколько устройств TLC59116. Это применимо только к регистрам от 02h (PWM0) до 17h (LEDOUT3).

Brightness Control Registers 0 .. 15 (PWM0 .. PWM15). В следующей таблице перечислены регистры управления яркостью.

Таблица 6. Описание бит регистров PWM0 .. PWM15 – Brightness Control Registers 0 .. 15 (адреса от 02h до 11h).

Примечания:

(1) R = read, W = write.
(2) Значение по умолчанию.

Для каждого выхода используется сигнал фиксированной частоты 97 кГц. Коэффициент заполнения (duty cycle) управляется 256 линейными шагами от 00h (0% коэффициент заполнения = выход светодиода выключен) до FFh (99.6% коэффициент заполнения = выход светодиода на максимальной яркости). Это применимо к выходам светодиодов, запрограммированным с LDRx = 10 или 11 (регистры LEDOUT0, LEDOUT1, LEDOUT2 и LEDOUT3).

Коэффициент заполнения = IDCn[7:0] / 256

Group Duty Cycle Control Register (GRPPWM). В следующей таблице приведено описание регистра управления групповым коэффициентом заполнения (GRPPWM).

Таблица 7. Описание бит GRPPWM – Group Brightness Control Register (адрес 12h).

Примечания:

(1) R = read, W = write.
(2) Значение по умолчанию.

Когда бит DMBLNK (регистр MODE2) запрограммирован значением логический 0, сигнал с фиксированной частотой 190 Гц накладывается на индивидуальный сигнал управления яркостью с частотой 97 кГц. В этом случае GRPPWM используется как глобальное управление яркостью, позволяя диммировать выходы светодиодов одним и тем же значением. Значение в GRPFREQ при этом не имеет значения (Don't care).

Общая яркость для 16 выходов управляется через 256 линейных шагов от 00h (0% коэффициент заполнения = выход светодиода выключен) до FFh (99.6% коэффициент заполнения = максимальная яркость). Это применимо к выходам светодиодов, запрограммированным с LDRx = 11 (регистры LEDOUT0, LEDOUT1, LEDOUT2 и LEDOUT3).

Когда бит DMBLNK запрограммирован значением лог. 1, регистры GRPPWM и GRPFREQ задают глобальный шаблон мигания, где GRPFREQ определяет период мигания (от периода 24 Гц до периода 10.73 сек), а GRPPWM определяет коэффициент заполнения (соотношение ВКЛ/ВЫКЛ в %).

Коэффициент заполнения = GDC0[7:0] / 256

Group Frequency Register (GRPFREQ). В следующей таблице приведено описание регистра управления частотой группы.

Таблица 8. Описание бит GRPFREQ – Group Frequency Register (адрес 13h).

Примечания:

(1) R = read, W = write.
(2) Значение по умолчанию.

GRPFREQ используется для программирования глобального периода мигания, когда бит DMBLNK (регистр MODE2) равен 1. Значение в этом регистре не имеет значения (Don't care), когда DMBLNK = 0. Это применимо к выходам светодиодов, запрограммированным с LDRx = 11 (регистры LEDOUT0, LEDOUT1, LEDOUT2 и LEDOUT3).

Период мигания управляется 256 линейными шагами от 00h (41 мс, частота 24 Гц) до FFh (10.73 сек).

Глобальный период мигания (секунды) = (GFRQ[7:0] + 1) / 24

LED Driver Output State Registers 0 .. 3 (LEDOUT0 .. LEDOUT3). В следующей таблице описаны регистры управления состоянием выхода драйвера светодиодов.

Таблица 9. Описание бит регистров LEDOUT0 .. LEDOUT3 – LED Driver Output State Registers 0 .. 3 (адреса от 14h до 17h).

Примечания:

(1) R = read, W = write.
(2) Значение по умолчанию.

LDRx = 00: LED driver x выключен, off (состояние power-up по умолчанию).
LDRx = 01: LED driver x полностью включен, on (индивидуальная яркость и групповое диммирование / мигание не управляется).
LDRx = 10: LED driver x индивидуальная яркость может управляться через его регистр PWMx.
LDRx = 11: LED driver x индивидульная яркость и групповое диммирование / мигание может управляться через его регистр PWMx и регистры GRPPWM.

I2C Bus Subaddress Registers 1 .. 3 (SUBADR1 .. SUBADR3). В следующей таблице приведено описание регистров субадреса I2C 1 .. 3.

Таблица 10. Описание бит регистров SUBADR1 .. SUBADR3 – I2C Bus Subaddress Registers 1 .. 3 (адреса от 18h до 1Ah).

Примечания:

(1) R = read, W = write.
(2) Значение по умолчанию.

Субадреса программируются через шину I2C. Значения по умолчанию при включении питания (power-up) D2h, D4h, D8h. TLC59116 не подтверждает эти адреса немедленно после power-up (соответствующий бит SUBx в регистре MODE1 равен 9).

После того как подадреса запрограммированы в допустимые значения, необходимо установить биты SUBx (регистр MODE1) в 1, чтобы разрешить устройству распознавать (подтверждать acknowledge) эти адреса.

Только 7 старших битов (MSB), представляющих субадрес шины I2C, являются значащими. Младший бит (LSB) в регистре SUBADRx — это бит только для чтения (read-only), равный 0.

Когда SUBx установлен в 1, соответствующий подадрес шины I2C может быть использован как при чтении, так и при записи по шине I2C.

LED All Call I2C Bus Address Register (ALLCALLADR). В следующей таблице приведено описание бит регистра адреса LED All Call I2C.

Таблица 11. Описание бит ALLCALLADR – LED All Call I2C Bus Address Register (адрес 1Bh).

Примечания:

(1) R = read, W = write.
(2) Значение по умолчанию.

Адрес All Call шины I2C позволяет всем устройствам TLC59116 на шине быть запрограммированными одновременно (бит ALLCALL в регистре MODE1 должен быть равен 1, что является состоянием по умолчанию при включении питания). Этот адрес программируется через шину I2C и может быть использован как при чтении, так и при записи по шине I2C. Адрес регистра также может быть запрограммирован как Sub Call.

Только семь старших битов (MSB), представляющих адрес All Call шины I2C, являются значащими. Младший бит (LSB) в регистре ALLCALLADR — это бит только для чтения (read-only), равный 0.

Если ALLCALL = 0, устройство не распознаёт (не подтверждает) адрес, запрограммированный в регистре ALLCALLADR.

Output Gain Control Register (IREF). В следующей таблице приведено описание бит регистра управления усилением выхода.

Таблица 12. Описание бит IREF – Output Gain Control Register (адрес 1Ch).

Примечания:

(1) R = read, W = write.
(2) Значение по умолчанию.

IREF определяет коэффициент усиления по напряжению (VG), который влияет на напряжение на выводе REXT и косвенно на опорный ток (I_ref), протекающий через внешний резистор на выводе REXT. Бит 0 — это бит множителя тока (CM, Current Multiplier), который определяет соотношение I_OUT,target/I_ref. Каждая комбинация VG и CM задаёт коэффициент усиления тока (CG, Current Gain).

• VG: соотношение между {HC, CC[0:5]} и коэффициентом усиления по напряжению рассчитывается по формуле:

VG = (1 + HC) × (1 + D/64) / 4
D = CC0 × 2⁵ + CC1 × 2⁴ + CC2 × 2³ + CC3 × 2² + CC4 × 2¹ + CC5 × 2⁰

Здесь HC равно 1 или 0, а D — это двоичное значение CC[0:5]. Таким образом, VG можно рассматривать как число с плавающей запятой, где HC — это 1-битный порядок (экспонента), а CC[0:5] — 6-битная мантисса. {HC, CC[0:5]} делит программируемый коэффициент усиления по напряжению (VG) на 128 шагов и два поддиапазона:

Низковольтный поддиапазон (HC = 0): VG = 1/4 … 127/256, линейно разделённый на 64 шага.
Высоковольтный поддиапазон (HC = 1): VG = 1/2 … 127/128, линейно разделённый на 64 шага.

• CM: помимо определения соотношения I_OUT,target/I_ref, CM также ограничивает диапазон выходного тока.

Высокий множитель тока (CM = 1): I_OUT,target/I_ref = 15, подходит для диапазона выходного тока I_OUT = 10 мА .. 120 мА.
Низкий множитель тока (CM = 0): I_OUT,target/I_ref = 5, подходит для диапазона выходного тока I_OUT = 5 мА .. 40 мА.

• CG: общее текущее усиление (Current Gain) определяется следующим образом:

V_REXT = 1.26 V × VG
I_ref = V_REXT/R_ext, если внешний резистор (R_ext) соединен с землей.
I_OUT,target = I_ref × 15 × 3^CM–1 = 1.26 V/R_ext × VG × 15 × 3^CM–1 = (1.26 V/R_ext × 15) × CG
CG = VG × 3^CM–1

Таким образом, CG = от (1/12) до (127/128), с 256 шагами.

Примеры:

• IREF Code {CM, HC, CC[0:5]} = {1,1,111111}
VG = 127/128 = 0.992 and CG = VG × 3⁰ = VG = 0.992

• IREF Code {CM, HC, CC[0:5]} = {1,1,000000}
VG = (1 + 1) × (1 + 0/64)/4 = 1/2 = 0.5, and CG = 0.5

• IREF Code {CM, HC, CC[0:5]} = {0,0,000000}
VG = (1 + 0) × (1 + 0/64)/4 = 1/4, and CG = (1/4) × 3^–1 = 1/12

После включения питания значение по умолчанию Configuration Code {CM, HC, CC[0:5]} равно {1,1,111111}. Таким образом, VG = CG = 0.992. Взаимосвязь между Configuration Code и Current Gain показана на рис. 8.

Рис. 8. Зависимость усиления тока (Current Gain) от кода конфигурации (Configuration Code).

Error Flags Registers (EFLAG1, EFLAG2). В следующей таблице приведено описание регистров флагов ошибок.

Таблица 13. Описание бит регистров EFLAG1, EFLAG2 – Error Flags Registers (адреса 1Dh и 1Eh).

Примечания:

(1) R = read, W = write.
(2) Значение по умолчанию.
(3) После включения питания (power-up), чтобы инициализировать регистры Error Flags, хост должен записать 1 в бит 7 регистра MODE2, и затем записать 0 в бит 7 регистра MODE2.

Control Register. После успешного подтверждения (acknowledgment) slave-адреса, адреса LED All Call или адреса LED Sub Call, мастер шины отправляет байт в TLC59116, который сохраняется в регистре управления (Control register). Младшие пять битов используются как указатель. Он определяет, к какому регистру происходит обращение (D[4:0]). Старшие три бита используются как флаг автоинкремента и опции автоинкремента (AI[2:0]).

Рис. 9. Control Register (регистр управления).

Когда флаг автоинкремента установлен (AI2 = лог. 1), пять младших битов регистра управления автоматически инкрементируются (увеличиваются) после чтения или записи. Это дает возможность пользователю программировать регистры последовательно. Возможны четыре различных типа автоинкремента, в зависимости от значений AI1 и AI0.

Таблица 14. Опции автоинкремента.

Замечание: другие комбинации в таблице 14 не показаны. (AI[2:0] = 001, 010, and 011) зарезервированы и не должны использоваться, чтобы обеспечить правильную работу устройства.

AI[2:0] = 000 используется, когда к одному и тому же регистру необходимо обратиться несколько раз в течение одной коммуникации по шине I2C, например, для изменения яркости одного светодиода. Данные перезаписываются каждый раз при обращении к регистру во время операции записи.

AI[2:0] = 100 используется, когда необходимо последовательно обратиться ко всем регистрам, например, при программировании при включении питания.

AI[2:0] = 101 используется, когда четыре драйвера светодиодов должны быть индивидуально запрограммированы различными значениями в течение одной коммуникации по шине I2C, например, для изменения цветовой настройки на другую цветовую настройку.

AI[2:0] = 110 используется, когда драйверы светодиодов должны быть глобально запрограммированы различными настройками в течение одной коммуникации по шине I2C, например, для изменения глобальной яркости или мигания.

AI[2:0] = 111 используется, когда индивидуальные и глобальные изменения должны быть выполнены в течение одной коммуникации по шине I2C, например, для одновременного изменения цвета и глобальной яркости.

Только пять младших битов D[4:0] подвержены влиянию битов AI[2:0].

Когда регистр управления записан, точка входа регистра, определяемая D[4:0], — это первый регистр, к которому будет произведено обращение (операция чтения или записи), и она может находиться в любом месте от 00000 до 11011 (как определено в таблице 3). Когда AI[2] = 1, флаг автоинкремента установлен, и значение перехода (rollover value), при котором точка инкремента регистра останавливается и переходит к следующей, определяется AI[2:0], см. таблицу 14 для значений перехода. Например, если регистр управления = 1111 0100 (F4h), то последовательность адресации регистров будет (в шестнадцатеричном виде):

14 → ... → 1B → 00 → ... → 13 → 02 → ... → 13 → 02 → ... до тех пор, пока ведущее устройство продолжает отправлять или читать данные.

[Информация по применению]

Адрес устройства. После Start на шине I2C мастер должен вывести адрес подчиненного устройства на шине, к которому происходит доступ.

Slave Address - обычный адрес на шине I2C. Адрес ведомого (slave address) устройства TLC59116 на шине I2C показан на рис. 10. Для экономии энергии внутренние подтягивающие резисторы (pullup) на аппаратных выводах выбора адреса не встроены в кристалл TLC59116, их необходимо подтянуть к высокому или низкому уровню. В целях управления буфером должен быть сохранён набор данных информации секторов.

Рис. 10. Slave Address TLC59116.

Последний бит байта адреса R/~W определяет выполняемую операцию (чтение/запись). Когда этот бит установлен в лог. 1, выполняется операция чтения (read), а когда он установлен в лог. 0, выбрана операция записи (write).

Адрес всех светодиодов (LED All Call I2C Bus Address)

• Значение по умолчанию после подачи питания, power-up (регистр ALLCALLADR): D0h (1101000b).
• Адрес в этом регистре программируется по шине I2C (volatile, он сохраняется только до выключения питания или сброса).
• При включении питания/сбросе (power-up) адрес LED All Call I2C разрешается. TLC59116 пошлет ACK, когда мастер пошлет адрес D0h (R/~W = 0) или D1h (R/~W = 1).

Для дополнительной информации см. выше описание регистра "LED All Call I2C Bus Address Register (ALLCALLADR)".

Примечание: Адрес LED All Call по умолчанию на шине I2C (D0h или 1101000b) не должен использоваться в качестве обычного адреса ведомого устройства на шине I2C, поскольку этот адрес включён при подаче питания. Все устройства TLC59116 на шине I2C подтвердят (acknowledge, ACK) этот адрес, если он будет отправлен мастером шины I2C.

LED Sub Call I2C Bus Address

• Можно использовать 3 различных адреса шины I2C.

• Значения по умолчанию после power-up/сброса:

– Регистр SUBADR1: D2h или 1101001b
– Регистр SUBADR2: D4h или 1101010b
– Регистр SUBADR3: D8h или 1101100b

• Эти адреса программируются через шину I2C (volatile, адреса сохраняются только до выключения питания или сброса).

• После power-up/сброса адрес Sub Call I2C запрещен. TLC59116 не пошлет ACK, когда мастер пошлет D2h (R/~W = 0), или D3h (R/~W = 1), или D4h (R/~W = 0), или D5h (R/~W = 1), или D8h (R/~W = 0), или D9h (R/~W = 1).

Для дополнительной информации см. выше описание регистров "I2C Bus Subaddress Registers 1 .. 3 (SUBADR1 .. SUBADR3)".

Примечание: адреса LED Sub Call на шине I2C могут использоваться как обычные адреса ведомых на шине I2C, если их соответствующие биты разрешения установлены в лог. 0 регистра MODE1.

Software Reset I2C Bus Address. Адрес, показанный на рис. 11, используется, когда мастер выполняет сброс (reset) TLC59116. Адрес программного сброса (SWRST Call) должен использоваться с R/~W = 0. Если R/~W = 1, TLC59116 не подтверждает (not ACK) SWRST. Подробнее см. выше раздел "Software Reset".

Рис. 11. Адрес Software Reset.

Примечание: адрес Software Reset на шине I2C является зарезервированным адресом и не может использоваться как обычный адрес ведомого устройства на шине I2C, а также как адрес LED All Call или адрес LED Sub Call.

Характеристики шины I2C. Шина I2C позволяет реализовать обмен данными в двух направлениях между различными устройствами или модулями. Для этого используются две линии: последовательные данные SDA и последовательные такты SCL. Оба этих сигнала должны быть подтянуты pullup-резисторами к положительному полюсу источника питания. Передача данных может быть инициирована только когда шина не занята.

Примечание: используется стандартный протокол шины I2C, поэтому в этом переводе опущена соответствующая часть оригинального даташита [1], где объясняется передача бита, сигналы START, STOP, ACK, not ACK, физическая организация шины I2C.

Постоянный ток на выходе. В применениях светодиодных (LED) дисплеев TLC59116 обеспечивает практически полное отсутствие разброса тока от канала к каналу и от устройства к устройству. При I_OUT ≤ 52 mA максимальный разброс тока между каналами составляет менее ±6%, а между устройствами — менее ±8%.

Рис. 21. Типовое применение TLC59116.

Установите ток через светодиод 20 mA с помощью резистора REXT.

Настройка выходного тока. TLC59116 масштабирует опорный ток (I_ref), задаваемый внешним резистором (R_ext), чтобы обеспечить выходной ток (I_out) на каждом выходном порту ~OUTn. Таблица 12 показывает конфигурационный код (Configuration Code) и описывает биты CM, HC и CC[5:0]. Для расчёта целевого выходного тока I_OUT,target в области насыщения можно использовать следующие формулы:

V_REXT = 1.26 V × VG
I_ref = V_REXT/R_ext, если другой конец внешнего резистора R_ext соединен с GND
I_OUT,target = I_ref × 15 × 3^CM–1

В этих формулах R_ext это сопротивление внешнего резистора, подключенного между выводом REXT и землей, и V_REXT это напряжение REXT, которое управляется программируемым усилением напряжения (voltage gain, VG), который в свою очередь определяется Configuration Code.

Бит множителя тока (Current Multiplier, CM) устанавливает соотношение I_OUT,target/I_ref равным 15 или 5 (устанавливает показатель степени CM–1 равным 0 или –1). После power-on/сброса значение VG по умолчанию равно 127/128 = 0.992, а значение CM по умолчанию равно 1, так что соотношение I_OUT,target/I_ref = 15. На основе VG и CM по умолчанию:

V_REXT = 1.26V × 127/128 = 1.25V
I_OUT,target = (1.25V / Rext) × 15

Таким образом, ток по умолчанию приблизительно 20 mA при сопротивлении R_ext = 931 Ом. По умолчанию после power-on/сброса взаимоотношение между I_OUT,target и R_ext показано на рис. 1.

Рис. 2 показывает зависимость выходного напряжения от выходного тока при нескольких различных значениях сопротивления резистора REXT. Это показывает минимальное напряжение, необходимое устройству, чтобы обеспечить полное падение напряжения VF на светодиоде. Напряжение VLED должно быть выше, чем VF плюс VOL драйвера. Если VLED слишком высокое, больше мощности будет рассеиваться в драйвере. В этом случае можно включить резистор последовательно со светодиодом, чтобы рассеять избыточную мощность и снизить тепловые нагрузки на драйвер.

Если со светодиодами используется один драйвер, и у светодиодов разные значения VF (например, они разного цвета, или разной яркости), то резисторы также могут быть использованы последовательно со светодиодом, чтобы снять избыточную мощность с драйвера и/или подобрать одинаковую яркость свечения. В случаях, когда используются не все выходы ~OUTn, неиспользуемые выходы можно оставить неподключенными без каких-либо проблем.

На рис. 22 показаны осциллограммы тока 20 mA LED вместе с использованием программируемого димминга PWM.

Рис. 22. Резистором REXT установлен ток LED 20 mA.

Рекомендуемое напряжение питания. TLC59116 разработан с учетом питающего напряжения V_CC в диапазоне от 3V до 5.5V.

Разводка печатной платы. Сигналы I2C (SDA/SCL) должны прокладываться дальше от потенциальных источников помех. Проводники, переносящие ток светодиодов LED должны быть достаточной ширины для соответствующего тока. Все токи LED проходят через микросхему и попадают в узел земли. Необходимо обеспечить хорошее соединение между землей микросхемы и землей печатной платы. Для корпуса RHB контактная термоплощадка на донышке должна быть соединена с землей, чтобы лучше рассеивать тепло.

Рис. 23. Пример разводки для корпуса PW (TSSOP28).

Рис. 24. Пример разводки для корпуса RHB (VQFN32).

Расчет рассеиваемого тепла. Максимальная температура перехода (junction temperature) микросхемы должна быть ограничена 150°C при нормальных условиях эксплуатации. Для расчёта максимально допустимой рассеиваемой мощности P_D(max) при заданной температуре окружающей среды используйте следующее уравнение в качестве руководства:

         T_J(max) - T_A
P_D(max) = ------------
              Θ_JA

P_D(max) максимально допустимая рассеиваемая мощность.
T_J(max) максимально допустимая температура кристалла (junction temperature, 150°C для TLC59116).
T_A = температура окружающего воздуха для устройства.
Θ_JA = тепловое сопротивление между кристаллом и воздухом (junction to air thermal impedance).

См. секцию "Информация о тепловых режимах" во врезке с таблицами параметров выше. Тепловые параметры могут значительно зависеть от разводки печатной платы. Рассеиваемая мощность устройства определяется по току LED и напряжению на выводах OUTx. Например, если непрерывный ток LED 50 mA на каждом канале, и выходное напряжение на каждом канале 1V, то общая рассеиваемая мощность составит 50mA x 1V x 16 = 0.8 ватт.

[Пример управления TLC59116]

Ниже показан пример управления микросхемой TLC59116 от хоста I2C на микроконтроллере STM32F103C8T6 (платка BluePill), реализованный с помощью Zephyr RTOS. Проект полностью, инструкции по компиляции и прошивке можно скачать в архиве по ссылке [2].

Файл src/main.c:

#include < zephyr/kernel.h>
#include < zephyr/device.h>
#include < zephyr/drivers/i2c.h>
#include < zephyr/drivers/gpio.h>

/* Подключаем заголовочный файл с вашим публичным API.
 * Он должен лежать в include/ вашего модуля. */
#include < tlc59116.h>

/* Получаем указатель на устройство TLC59116 из Devicetree.
 * "tlc59116" — это лейбл (label), который мы задали в оверлее.
 * Убедитесь, что в файле tlc59116_app.overlay он называется так же. */
#define TLC59116_NODE DT_NODELABEL(tlc59116)

/* Отладочный светодиод платы BluePill: PC13, активный низкий уровень.
 * Узел led/led0 берётся из devicetree платы stm32_min_dev. */
static const struct gpio_dt_spec led = GPIO_DT_SPEC_GET(DT_ALIAS(led0), gpios);

/* Управление светодиодом: LED(true) — зажечь, LED(false) — погасить.
 * Логика active-low учитывается драйвером GPIO автоматически. */
#define LED(on) gpio_pin_set_dt(&led, (on) ? 1 : 0)

int main(void)
{
    /* 1. Получаем устройство по лейблу из Devicetree */
    const struct device *tlc_dev = DEVICE_DT_GET(TLC59116_NODE);

    /* 2. Проверяем, что драйвер инициализировался корректно.
     *    Если I2C шина не готова или драйвер не собрался, device_is_ready вернет false. */
    if (!device_is_ready(tlc_dev)) {
        printk("Error: TLC59116 device not ready\n");
        return -ENODEV;
    }

    printk("TLC59116 initialized successfully.\n");

    /* 3. Инициализируем пин отладочного светодиода как выход.
     *    GPIO_OUTPUT_INACTIVE для active-low означает "погашен". */
    if (!gpio_is_ready_dt(&led)) {
        printk("Error: LED device not ready\n");
        return -ENODEV;
    }
    gpio_pin_configure_dt(&led, GPIO_OUTPUT_INACTIVE);

    /* 4. Основной цикл — простой "бегущий огонь" по 16 каналам */
    while (1) {
        for (uint8_t ch = 0; ch < 16; ch++) {
            /* Зажигаем текущий канал на полную яркость */
            int rc = tlc59116_set_brightness(tlc_dev, ch, 255);
            //printk("ch%u rc=%d\n", ch, rc);

            LED(true);
            /* Небольшая задержка, чтобы увидеть эффект */
            k_msleep(100);

            /* Гасим канал перед переходом к следующему */
            LED(false);
            tlc59116_set_brightness(tlc_dev, ch, 0);
        }
    }
    return 0;
}

[Ссылки]

1. TLC59116 16-Channel I2C Constant-Current LED Sink Driver site:ti.com.
2. 261002tlc59116_app.zip - пример проекта Zephyr.
3. Zephyr: быстрый старт.