LED護(hù)欄燈是以熒光燈管或LED作為光源，以連續(xù)的護(hù)欄為載體，形成近似線性的護(hù)欄燈帶。有紅/黃/綠/藍(lán)/白/紫/青/七彩等顏色，通過(guò)IC控制，可實(shí)現(xiàn)漸變、跳變、色彩閃爍、隨機(jī)閃爍、漸變交替、追逐、掃描等流動(dòng)顏色變化。護(hù)欄燈特別適合應(yīng)用于廣告牌背景、立交橋、河、湖護(hù)欄、建筑物輪廓等大型動(dòng)感光帶之中，可產(chǎn)生彩虹般絢麗的效果。
本文主要介紹基于16路恒流LED驅(qū)動(dòng)芯片的護(hù)欄燈解決方案。該方案主要由以下幾部分組成：（1）以STC11F02單片機(jī)為主的主控電路，其主要功能是產(chǎn)生SPI控制信號(hào)；（2）以LN0134為核心的LED驅(qū)動(dòng)電路，其主要功能利用它的16通道恒流來(lái)帶載LED；（3）電源輸入電壓轉(zhuǎn)換電路、供給LED電源電路，其主要是完成對(duì)電路保護(hù)、芯片供電、LED燈供電等功能。
主要芯片功能簡(jiǎn)介
LN0134是南麟電子開(kāi)發(fā)的一款16路恒流LED驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片內(nèi)建了16位CMOS移位寄存器和輸出鎖存器，可以將輸入的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成并行輸出格式，從而控制16個(gè)輸出電流源，在每個(gè)輸出端可以不受負(fù)載影響提供3～45mA的恒定并且一致的電流用以驅(qū)動(dòng)LED。通過(guò)調(diào)整外接電阻的大小可調(diào)整輸出電流，從而輕松控制 LED的發(fā)光亮度，也可以通過(guò)在使能端(OE)輸入PWM信號(hào)來(lái)調(diào)整所有LED的平均電流。同時(shí)它還支持SPI通信協(xié)議，使得我們很容易控制通信的數(shù)據(jù)，因此它成為驅(qū)動(dòng)LED的最佳IC之一。
STC11F02單片機(jī)內(nèi)部嵌有2K的FLASH程序存儲(chǔ)空間和256B的SRAM存儲(chǔ)區(qū)；該芯片擁有先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通的8051指令集，具有硬件乘法和除法指令，而且無(wú)需編程器和仿真器，可以遠(yuǎn)程升級(jí)。本方案利用其高速、低成本、精簡(jiǎn)的I/O口的優(yōu)勢(shì)，模擬出SPI協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)其他IC的通信控制。
護(hù)欄燈設(shè)計(jì)方案
1) 硬件電路設(shè)計(jì)與原理
該方案的基本原理是：?jiǎn)纹瑱C(jī)模擬SPI協(xié)議，通過(guò)發(fā)送數(shù)據(jù)到LN0134驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)，由LN0134內(nèi)部硬件電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串入并出，驅(qū)動(dòng)16×3顆LED，然后通過(guò)改變數(shù)據(jù)來(lái)控制LED燈的變化，實(shí)現(xiàn)不同的LED燈的組合，如：流水燈、對(duì)閃爍、跳變、呼吸等效果。該方案原理框圖如圖1所示。本方案電路是在硬件環(huán)境PADS下完成的，為了節(jié)約成本，所生成的PCB文件也都是單面板。
圖1 基于LN0134的護(hù)欄燈方案原理框圖。
2) MCU控制信號(hào)電路
圖2是MCU控制電路圖。由主控芯片產(chǎn)生的控制信號(hào)有：（1）SPI控制信號(hào)，包括：OE、SDIO、SCLK、LE四個(gè)端口；（2）LED電源使能信號(hào)，包括：CONTROL1、CONTROL2兩個(gè)端口。
圖2 MCU控制電路圖
3) LN0134應(yīng)用電路
LN0134應(yīng)用電路如圖3所示。LED驅(qū)動(dòng)芯片接收單片機(jī)發(fā)送的SPI信號(hào)，不同的SDIO數(shù)據(jù)，會(huì)得到不同的OUT0至OUT15的數(shù)據(jù)，從而驅(qū)動(dòng)LED產(chǎn)生不同的變化效果。LN0134芯片支持多芯片級(jí)聯(lián)，通過(guò)數(shù)據(jù)口SDO端，連接下一個(gè)芯片的SDI端口，以此類推。長(zhǎng)距離的護(hù)欄燈方案設(shè)計(jì)，只需要將一個(gè)個(gè)小單元級(jí)聯(lián)起來(lái)就能完成。設(shè)置R30的阻值可改變輸出電流值，從而省去了多路限流的麻煩。
圖3 LN0134應(yīng)用電路圖
4) 電源供給電路
電源供給電路如圖4所示。本電路支持12V至15V的輸入電壓，經(jīng)過(guò)整流橋可避免正負(fù)極的接反。經(jīng)過(guò)IC1可得到5V的供電電壓，為單片機(jī)和LN0134芯片提供了電源；經(jīng)過(guò)IC2~IC6可完成對(duì)LED燈組的供電，并由單片機(jī)提供的CONTROL1和CONTROL2口來(lái)控制POVER1和POVER2供電的關(guān)和開(kāi)。
圖4 供電電路圖
5) 軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)方案的經(jīng)脈，它直接決定了整個(gè)方案的運(yùn)行質(zhì)量和效率，同時(shí)是體現(xiàn)出方案的功能及可靠性。STC11F02芯片的片內(nèi)程序是在軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境Keil uVision2下進(jìn)行編寫(xiě)的，該程序的重點(diǎn)在于模擬SPI通信協(xié)議，理論設(shè)計(jì)的時(shí)序波形如圖5所示。軟件代碼由C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，通過(guò)示波器觀測(cè)到單片機(jī)模擬出來(lái)的SPI波形如圖6所示。其中Tek1為SDI；TeK2為CLK；TeK3為L(zhǎng)E；TeK4為OE，滿足設(shè)計(jì)要求。
圖5 SPI時(shí)序圖。
圖6 SPI波形
主程序的流程圖如圖7所示。首先將SPI模擬程序模塊化，主要是為了方便調(diào)用；在整個(gè)流程中改變最多的是緩沖器內(nèi)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)改變，相應(yīng)的顯示效果就會(huì)變化；連續(xù)的數(shù)據(jù)變化產(chǎn)生了不同的點(diǎn)燈，這也就展現(xiàn)了護(hù)欄燈多彩耀眼的特色。
圖7 主程序流程圖
本文小結(jié)
本護(hù)欄燈設(shè)計(jì)方案是1米長(zhǎng)的單元模塊，更長(zhǎng)的護(hù)欄距離需要將這些小單元級(jí)聯(lián)起來(lái)，提高控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力即可。選取16通道的LN0134芯片是為了提高LED燈的數(shù)量，依照芯片的性能參數(shù)，改變電源的供給電路可更好地?cái)U(kuò)展應(yīng)用電路，驅(qū)動(dòng)更多LED燈。選取STC11F02芯片是為了節(jié)約成本，簡(jiǎn)化主控單元。本方案總體設(shè)計(jì)遵循了可靠、簡(jiǎn)單、實(shí)用的原則，為更多的護(hù)欄效果提供了借鑒和幫助。 |
