單片機(jī)的LED輪廓顯示控制器設(shè)計原理

根據(jù)LED輪廓顯示控制的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計了基于STC單片機(jī)的顯示控制器。該系統(tǒng)控制采用STC11/12系列單片機(jī)為控制處理器，加以外圍電路，利用485接口實(shí)現(xiàn)主從遠(yuǎn)距離控制。設(shè)計了色帶數(shù)據(jù)與效果數(shù)據(jù)格式，充分利用單片有限的存儲空間完成更多顯示效果。利用分控制器完成對現(xiàn)有市場上的6803、2803和1809系列LED專用驅(qū)動芯片的兼容。本案開發(fā)的LED護(hù)欄管顯示屏控制器已產(chǎn)品化，控制效果良好。

LED護(hù)欄管又名麗得管，是一種先進(jìn)的LED裝飾照明燈飾產(chǎn)品。以紅、綠、藍(lán)3種顏色的LED作為光源，使用了微電子和數(shù)碼技術(shù)，能進(jìn)行色彩追逐，色彩過渡漸變，灰度變化和七色變化，能產(chǎn)生十分豐富的色彩變幻效果。該產(chǎn)品外形采用一次成型，燈管和底座渾為一體，防水性更好，重量更輕。廣泛適用于酒吧、舞廳、大廈、廣場、橋梁、欄桿等各種大型建筑裝飾，全彩管更可以在一個大范圍的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)燈光群控和顯示動態(tài)節(jié)目，適合大型主題夜景。

文中提出了一種主從式單片機(jī)的LED輪廓顯示屏解決方案，該設(shè)計方案利用STC單片機(jī)自身的FLASH ROM和RAM,外部無需任何存儲電路，電路結(jié)構(gòu)簡單。可實(shí)現(xiàn)交流同步顯示，驅(qū)動當(dāng)前LED亮化市場中的多款LED護(hù)欄管與點(diǎn)光源器件。

1 系統(tǒng)的工作原理及總體方案設(shè)計

1.1 STC單片機(jī)

STC系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單機(jī)器周期時鐘的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8~12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。其中STC11FXX、STC12CXX系列工作電壓4.1~5.5 V,工作頻率可達(dá)35 MHz,有內(nèi)部512字節(jié)RAM,性價比高。并可通過串口進(jìn)行ISP操作，無需專用仿真器與編程器，直接下載用戶程序，給用戶的開發(fā)生產(chǎn)和維護(hù)帶來方便。

1.2 系統(tǒng)的工作原理

LED輪廓顯示是用首尾相連的LED護(hù)欄管或串聯(lián)的點(diǎn)光源連接的LED顯示特效，多用于樓宇輪廓的亮化工程。顯示屏驅(qū)動電路的主要作用是接收來自控制系統(tǒng)的數(shù)字信號，將發(fā)光二極管點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)在LED顯示屏上的信息的顯示。LED輪廓顯示廣泛使用的驅(qū)動電路是基于通用型集成電路來設(shè)計的，如：74HC164、CD4015、74HC595、68595、ULN2803等，大多為移位寄存器和達(dá)林頓驅(qū)動器。采用常規(guī)型驅(qū)動IC進(jìn)行電路設(shè)計，原理比較簡單，價格便宜，產(chǎn)品的技術(shù)開放性比較強(qiáng)。LED顯示屏上數(shù)據(jù)的傳輸方式主要有串行和并行兩種，目前廣為采用的主要為串行控制技術(shù)。這種控制方式的顯示屏的每一個單元內(nèi)部的不同驅(qū)動電路、各級聯(lián)單元之間每個時鐘僅傳送一個位（具體實(shí)現(xiàn)時每種顏色各一位）的數(shù)據(jù)。采用這種方式，可采用的驅(qū)動IC種類較多，不同顯示單元之間的連線較少，可減少顯示單元上的數(shù)據(jù)傳輸驅(qū)動元件，從而提高整個系統(tǒng)的可靠性和具體工程實(shí)現(xiàn)的容易程度。

1.3 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計

系統(tǒng)由主控制器與從控制器兩部分組成。主控制器帶LED顯示與功能按鍵，用戶根據(jù)實(shí)際情況選擇顯示效果與顯示速度。根據(jù)控制需要可組成如圖1的3種結(jié)構(gòu)。

圖1 LED輪廓顯示控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖1（a）結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)主從結(jié)構(gòu)。其中主控制器通過485總線將控制數(shù)據(jù)傳送給各從控制器。從控制器接收主控制器數(shù)據(jù)，按要求驅(qū)動LED燈板。圖1（b）結(jié)構(gòu)為簡易主從結(jié)構(gòu)。即當(dāng)無主控制器或無需用戶交互時，用一臺從控制器充當(dāng)主控制器發(fā)送數(shù)據(jù)給各從控制器。圖1（c）結(jié)構(gòu)為并行同步結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中無主控制器，各從控制器根據(jù)交流電信號50 Hz頻率自動執(zhí)行，多臺從控制器可以同步顯示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 主控制器硬件設(shè)計

主控制器包括STC單片機(jī)最小系統(tǒng)，電源部分，LED動態(tài)顯示電路，按鍵輸出部分，輸出電路等幾部分組成。主控制器電氣原理圖如圖2所示。

圖2 主控制器電氣原理圖