探索PCA9955BTW - ARD评估板：开启LED驱动设计新征程

引言

在电子设计领域，LED驱动的性能和灵活性至关重要。NXP Semiconductors推出的PCA9955BTW - ARD评估板，围绕着PCA9955B这款16通道Fm + I²C - bus 57 mA/20V恒流LED驱动器构建，为工程师们提供了一个便捷的测试和设计平台。今天，我们就一起来深入了解这款评估板。

文件下载：NXP Semiconductors PCA9955BTW-ARD LED驱动器Arduino扩展板.pdf

评估板概述

PCA9955BTW - ARD评估板作为一款带有Arduino端口的子板，具有广泛的兼容性。它可以通过Arduino端口连接到各种兼容Arduino的主板上，包括原始的Arduino Uno R3。其主要目的是测试和测量PCA9955B设备的特性。该评估板通过双向Fm +（1 MHz）I²C - bus与主板（EVK）进行通信，同时还有三条额外的线路允许主板通过同一Arduino端口控制被测设备（DUT）。

评估板特点剖析

硬件连接与架构

1. 链式架构多板连接：评估板配备了一对专用连接器（J45和J89），可实现多板链式互连。这种架构在需要扩展LED驱动通道的应用中非常实用，比如大型LED显示屏的设计。
2. Arduino端口直连：拥有Arduino Uno R3端口，能直接与Arduino设备连接，方便工程师快速搭建测试环境，降低了开发门槛。

电流与电源管理

1. 输出电流限制切换：通过开关U5，可选择20 mA（U1 – OFF）和50 mA（U1 – ON）两种输出电流限制，满足不同LED的驱动需求。
2. 双电源供电方式：既可以通过Arduino端口从EVK获取电源，也能通过子板上的专用电源连接器（J85）进行外部供电。当使用多个评估板时，外部供电可避免因电源电流限制而导致的连接数量受限问题。

LED连接与测试

1. 板载LED配置：板上有三个RGB LED和七个白色LED，分配到PCA9955B的所有十六个输出端。这些LED可用于初步的功能测试和演示。
2. 跳线与连接器设计：包含跳线和连接器，用户可以断开板载LED，进行短路测试，并将外部LED连接到驱动器输出，增加了测试的灵活性。

软件兼容性

评估板完全兼容IMXRT1050 EVK板、LPCXpresso55S69开发板和i.MX 8M Mini LPDDR4 EVK板，并且有相应的GUI软件支持（Windows 10平台），方便工程师进行快速测试和操作。

硬件详细解读

关键组件布局

从评估板的正面和背面视图可以看到，PCA9955B（U2）位于板的中心位置，板载LED围绕着该IC分布，而Arduino端口连接器（J5、J6、J35、J36）则位于板的底部。这种布局设计使得信号传输路径更加合理，减少了干扰。

电路原理分析

1. I²C总线通信：PCA9955B通过I²C接口进行控制，主板（EVK）通过Arduino端口使用I²C - bus控制子板。I²C线路从Arduino连接器J35连接到DUT（U2）的SDA / SCL引脚（26和27），并连接到扩展连接器J45和J89。
2. 目标地址配置：PCA9955B的目标地址可通过IC的三个地址输入（U2，引脚2、3和4）的五种状态的独特组合配置为125个不同的目标地址。评估板上的跳线头J86、J87和J88允许从125个可能的地址中选择27个，默认地址为BCh。
3. 控制线路功能：除了I²C - bus，电路还包含三条控制线路：OE、RESET和MUX（REXT）。OE和RESET线路分别控制PCA9955B IC的相应输入，MUX（REXT）线路用于控制输出电流限制开关U5。

电源分配

评估板的电路由5 V和3.3 V电源轨供电。5 V电源可来自EVK通过Arduino端口，或通过专用电源连接器J85外部供电，跳线头J8用于选择电源来源。3.3 V电源轨由LDO稳压器U5从5 V电源轨获得。当所有LED都开启时，一个子板所需的电流为800 mA（电流限制设置为50 mA）。在链式配置中，不同的EVK对连接的板数有不同的电流限制，但外部供电时则没有此限制。

跳线与测试点

评估板上有25个跳线和22个测试点，这些跳线和测试点为工程师提供了更多的测试和调试手段。例如，通过跳线可以选择不同的电流限制、电源来源和I²C目标地址；测试点则可用于监测各个关键节点的电压和信号。

软件安装与配置

PCA9955BTW - ARD评估板需要与配备Arduino端口的主板配合使用。在开始使用之前，需要从NXP公司网站（www.nxp.com/）下载相应的EVK固件和GUI应用程序（Windows 10）。安装完成后，选择正确的EVK - PCA9955BTW - ARD子板组合，即可通过GUI界面控制评估板。

硬件配置示例

与IMXRT1050 EVK板配合使用

1. 配置EVK的电源（J1），根据不同的电源供应方式设置跳线位置。
2. 将PCA9955BTW - ARD子板插入EVK的Arduino连接器。
3. 使用USB连接器J28将EVK板连接到计算机的USB端口。
4. 安装IMXRT1050目标固件和GUI应用程序。
5. 打开GUI应用程序，开始操作设备。

与其他设备配合使用

如果使用其他具有Arduino端口的EVK板，需根据PCA9955B的规格开发相应的固件；如果使用没有Arduino端口的EVK板，则需根据Arduino连接器的引脚图进行电气连接，并开发符合IC规格的固件。

GUI界面介绍

GUI应用程序为评估板的操作提供了直观的界面，它包含多个选项卡：

设置选项卡

该选项卡显示了评估板的各种状态信息，如FAULT标志和OVERTEMP标志，分别指示LED输出错误和芯片过热情况。同时，还可以进行EVK选择、COM端口选择和子板选择等操作，点击“连接”按钮即可建立与EVK的连接。

全局选项卡

包含“亮度”和“增益”两个二级选项卡，可通过不同方式设置PWMALL和IREFALL内部寄存器的值，以控制LED的整体亮度和增益。

通道选项卡

有八个二级选项卡，可分别对每个通道的亮度、增益、输出、渐变等参数进行设置。

组选项卡

包含九个二级选项卡，可对四个用户定义的通道组的内部寄存器进行设置，实现更复杂的LED控制效果。

操作示例演示

为了帮助工程师快速上手，下面给出一个操作示例，展示如何通过GUI控制PCA9955BTW - ARD子板上的LED：

1. 打开“NXP_GUI (PCA995x)”应用程序。
2. 在“板设置”部分选择正确的EVK、COM端口和子板。
3. 点击“连接”按钮，建立连接后所有板载LED将点亮。
4. 在“设备设置”中选择禁用OE，点击“设置所有”按钮，关闭驱动输出。
5. 在“通道”选项卡中设置特定通道的亮度、输出、渐变等参数。
6. 在“组”选项卡中设置组的亮度、增益、渐变等参数。
7. 返回“设置”选项卡，启用OE并点击“设置所有”按钮，所选LED组将根据之前的设置进行亮灭和亮度变化。

总结与展望

PCA9955BTW - ARD评估板以其丰富的功能、灵活的硬件设计和友好的软件界面，为工程师们提供了一个优秀的LED驱动测试和设计平台。无论是初学者快速搭建测试环境，还是有经验的工程师进行复杂应用开发，都能从中受益。随着LED技术的不断发展，相信这款评估板将在更多领域发挥重要作用。你在使用类似评估板的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。