中心議題:
- 護(hù)欄燈解決方案
解決方案:
- 利用16路恒流LED驅(qū)動IC實(shí)現(xiàn)護(hù)欄燈解決方案
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;(2)以LN0134為核心的LED驅(qū)動電路,其主要功能利用它的16通道恒流來帶載LED;(3)電源輸入電壓轉(zhuǎn)換電路、供給LED電源電路,其主要是完成對電路保護(hù)、芯片供電、LED燈供電等功能。
主要芯片功能簡介
LN0134是南麟電子開發(fā)的一款16路恒流LED驅(qū)動芯片,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LED。通過調(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,也可以通過在使能端(OE)輸入PWM信號來調(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LED的最佳IC之一。
STC11F02單片機(jī)內(nèi)部嵌有2K的FLASH程序存儲空間和256B的SRAM存儲區(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,而且無需編程器和仿真器,可以遠(yuǎn)程升級。本方案利用其高速、低成本、精簡的I/O口的優(yōu)勢,模擬出SPI協(xié)議實(shí)現(xiàn)對其他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:單片機(jī)模擬SPI協(xié)議,通過發(fā)送數(shù)據(jù)到LN0134驅(qū)動芯片內(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 16×3顆LED,然后通過改變數(shù)據(jù)來控制LED燈的變化,實(shí)現(xiàn)不同的LED燈的組合,如:流水燈、對閃爍、跳變、呼吸等效果。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。
2) MCU控制信號電路
圖1是MCU控制電路圖。由主控芯片產(chǎn)生的控制信號有:(1)SPI控制信號,包括:OE、SDIO、SCLK、LE四個(gè)端口;(2)LED電源使能信號,包括:CONTROL1、CONTROL2兩個(gè)端口。
MCU控制電路圖
3) LN0134應(yīng)用電路
LN0134應(yīng)用電路如圖所示。LED驅(qū)動芯片接收單片機(jī)發(fā)送的SPI信號,不同的SDIO數(shù)據(jù),會得到不同的OUT0至OUT15的數(shù)據(jù),從而驅(qū)動LED產(chǎn)生不同的變化效果。LN0134芯片支持多芯片級聯(lián),通過數(shù)據(jù)口SDO端,連接下一個(gè)芯片的SDI端口,以此類推。長距離的護(hù)欄燈方案設(shè)計(jì),只需要將一個(gè)個(gè)小單元級聯(lián)起來就能完成。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。
LN0134應(yīng)用電路圖
4) 電源供給電路
電源供給電路如圖所示。本電路支持12V至15V的輸入電壓,經(jīng)過整流橋可避免正負(fù)極的接反。經(jīng)過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IC2~IC6可完成對LED燈組的供電,并由單片機(jī)提供的CONTROL1和CONTROL2口來控制POVER1和 POVER2供電的關(guān)和開。
供電電路圖
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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)程序是在軟件開發(fā)環(huán)境Keil uVision2下進(jìn)行編寫的,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)序波形如圖所示。軟件代碼由C語言實(shí)現(xiàn),通過示波器觀測到單片機(jī)模擬出來的SPI波形如圖5所示。其中Tek1為SDI;TeK2為CLK;TeK3為LE;TeK4為OE,滿足設(shè)計(jì)要求。
SPI時(shí)序圖
SPI波形
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。
本文小結(jié)
本護(hù)欄燈設(shè)計(jì)方案是1米長的單元模塊,更長的護(hù)欄距離需要將這些小單元級聯(lián)起來,提高控制信號的驅(qū)動能力即可。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)動更多LED燈。選取STC11F02芯片是為了節(jié)約成本,簡化主控單元。本方案總體設(shè)計(jì)遵循了可靠、簡單、實(shí)用的原則,為更多的護(hù)欄效果提供了借鑒和幫助。