单片机控制LED轮廓显示原理及总体方案设计

　　摘要：根据LED轮廓显示控制的结构特点，设计了基于STC单片机的显示控制器。该系统控制采用STC11/12系列单片机为控制处理器，加以外围电路，利用485接口实现主从远距离控制。设计了色带数据与效果数据格式，充分利用单片有限的存储空间完成更多显示效果。利用分控制器完成对现有市场上的6803、2803和1809系列LED专用驱动芯片的兼容。本案开发的LED护栏管显示屏控制器已产品化，控制效果良好。

　　LED护栏管又名丽得管，是一种先进的LED装饰照明灯饰产品。以红、绿、蓝3种颜色的LED作为光源，使用了微电子和数码技术，能进行色彩追逐，色彩过渡渐变，灰度变化和七色变化，能产生十分丰富的色彩变幻效果。该产品外形采用一次成型，灯管和底座浑为一体，防水性更好，重量更轻。广泛适用于酒吧、舞厅、大厦、广场、桥梁、栏杆等各种大型建筑装饰，全彩管更可以在一个大范围的区域实现灯光群控和显示动态节目，适合大型主题夜景。

　　文中提出了一种主从式单片机的LED轮廓显示屏解决方案，该设计方案利用STC单片机自身的FLASH ROM和RAM，外部无需任何存储电路，电路结构简单。可实现交流同步显示，驱动当前LED亮化市场中的多款LED护栏管与点光源器件。

　　1 系统的工作原理及总体方案设计

　　1.1 STC单片机

　　STC系列单片机是宏晶科技生产的单机器周期时钟的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8~12倍。内部集成MAX810专用复位电路，针对电机控制，强干扰场合。其中STC11FXX、STC12CXX系列工作电压4.1~5.5 V，工作频率可达35 MHz，有内部512字节RAM，性价比高。并可通过串口进行ISP操作，无需专用仿真器与编程器，直接下载用户程序，给用户的开发生产和维护带来方便。

　　1.2 系统的工作原理

　　LED轮廓显示是用首尾相连的LED护栏管或串联的点光源连接的LED显示特效，多用于楼宇轮廓的亮化工程。显示屏驱动电路的主要作用是接收来自控制系统的数字信号，将发光二极管点亮，实现在LED显示屏上的信息的显示。LED轮廓显示广泛使用的驱动电路是基于通用型集成电路来设计的，如：74HC164、CD4015、74HC595、68595、ULN2803等，大多为移位寄存器和达林顿驱动器。采用常规型驱动IC进行电路设计，原理比较简单，价格便宜，产品的技术开放性比较强。LED显示屏上数据的传输方式主要有串行和并行两种，目前广为采用的主要为串行控制技术。这种控制方式的显示屏的每一个单元内部的不同驱动电路、各级联单元之间每个时钟仅传送一个位（具体实现时每种颜色各一位）的数据。采用这种方式，可采用的驱动IC种类较多，不同显示单元之间的连线较少，可减少显示单元上的数据传输驱动元件，从而提高整个系统的可靠性和具体工程实现的容易程度。

　　1.3 系统总体方案的设计

　　系统由主控制器与从控制器两部分组成。主控制器带LED显示与功能按键，用户根据实际情况选择显示效果与显示速度。根据控制需要可组成如图1的3种结构。

　　图1 LED轮廓显示控制系统结构示意图

　　图1（a）结构为标准主从结构。其中主控制器通过485总线将控制数据传送给各从控制器。从控制器接收主控制器数据，按要求驱动LED灯板。图1（b）结构为简易主从结构。即当无主控制器或无需用户交互时，用一台从控制器充当主控制器发送数据给各从控制器。图1（c）结构为并行同步结构。系统中无主控制器，各从控制器根据交流电信号50 Hz频率自动执行，多台从控制器可以同步显示。

　　2 系统硬件设计

　　2.1 主控制器硬件设计

　　主控制器包括STC单片机最小系统，电源部分，LED动态显示电路，按键输出部分，输出电路等几部分组成。主控制器电气原理图如图2所示。

　　图2 主控制器电气原理图

　　其中最小系统采用STC12C5608单片机。电源输入部分允许交流或直流9~36 V输入，通过DB107交流桥与LM2575高性能稳压芯片保证系统5 V供电。LED动态显示部分采用4个8位LED数码管，显示控制速度"00-15"，显示输出模式"00-99".485输出部分采用3个瞬态抑制二级提高485芯片实际使用寿命。

　　2.2 从控制器硬件设计

　　主控制器包括STC单片机最小系统，交流信号输入部分，485收发模块部分，输出电路4部分集成。主控制器电器原理图如图3所示。

　　图3 从控制器电气原理图

从系统结构图1中可知，485总线网络采用星形结构，一个主机和若干台从机，主机只发送数据，从机只接收数据，属于单功方式。实际应用时，当主控制器距现场较远时，为了省通信接线，并简化连接结构。将星形连接结构变