P9816驱动的护栏管显示与控制系统设计

摘要：设计了护栏管显示与控制系统，给出了它们的硬件电路图。结合驱动芯片P9816的通信协议，编写了相应程序来控制护栏管的显示。系统采用控制器读取SD卡中的数据并进行处理，将处理后的数据送入护栏管，护栏管即可显示丰富多彩的内容。
关键词：护栏管；P9816；通信协议；SD卡

引言
护栏管广泛应用于楼体墙面、公园、娱乐场所等地方。护栏管串联而成的霓虹灯以及建筑物周围用护栏管做成的装饰灯给城市的夜晚增添了无限魅力，其组成的LED彩色显示屏可以用来显示文字、图形、图像、动画等各种信息，透视度强，能见度高，是一种比较理想的实用显示屏幕。护栏管组成的电子产品一直受到人们的喜爱，故障率低、易维护、容易升级更新、开发成本相对较低。本文设计的护栏管显示控制系统，简单易操作，有很强的灵活性，具有广阔的市场前景。
目前市场上有多种LED护栏管以及护栏管驱动芯片，本系统选用P9816芯片来驱动护栏管。比较常见的护栏管有6、8、12、16、32段等，每一段又称为一个像素点，段数越多，显示的效果越好。该系统选用6段的护栏管，其中的发光二极管是由控制器STC89C52、P9816和部分外围电路控制。

1 护栏管硬件电路设计
6段护栏管即一根护栏管上有6段，每段各有6个红色发光二极管、6个绿色发光二极管、6个蓝色发光二极管，每种颜色的二极管又可以实现256个灰度级变化，3种颜色不同灰度级的不同组合可以使每一段显示出不同的色彩。因此，护栏管可以达到非常好的混色效果。根据用户的需要，把护栏管排列成不同的形状，串联起来放在建筑物的四周或者道路两侧；也可以把若干护栏管组合成屏幕，显示各种信息。护栏管级联结构框图如图1所示。

系统包括控制器部分以及护栏管显示部分。每一根护栏管上有一个P9816驱动芯片，采用24 V直流稳压电源(电源1)对护栏管上的发光二极管供电，通过电源电路把24 V电压转变成5 V(电源2)对单片机STC89C52和P9816驱动芯片供电。把效果文件放入被格式化过的SD卡中，利用控制器读取SD卡中的内容并将数据送入护栏管显示。本系统选用了高集成度的芯片，如单片机STC89C52、74HC245、P9816驱动芯片，硬件电路比较简洁，便于设计和制作，方便实验。
1．1 LED护栏管显示设计
护栏管显示部分包括P9816驱动电路、LED护栏管发光电路以及电源电路3部分。
1．1．1 P9816驱动电路设计
P9816作为护栏管的驱动芯片有以下优点：
①它是一款全彩点光源LED驱动芯片，采用CMOS工艺，提供9路恒流驱动及256级灰度调制输出；使用1／2分频技术，使1片IC能控制6个像素点，用于驱动显示灯光变幻、彩色动漫图案。
②根据不同控制器和客户不同形式要求，进行脱机或联机运行，可视效果分明，级联方式简单，数据传输稳定，抗干扰能力强。
③最大串行输入数据时钟频率为10 MHz，数据信号锁相再生，1 MHz数据传输速度下级联点光源可达1 024个。
由此可见P9816是一种比较理想的LED护栏管驱动芯片。本文考虑到设计的复杂性和现有的软硬件没备，决定使用单一控制器对LED护栏管进行控制，在以后产品更新过程中可以逐步使用多个控制器，这样就使整个系统相对较容易控制。给驱动芯片供电即可正常工作，P9816驱动电路如图2所示。

P9816输出 3组信号，可以控制3段发光二极管，而一根护栏管有6段。需要设计一个电路，当分频信号SEL为高电平“1”时，扫描1、3、5段，此时1、3、5段发光二极管亮；SEL为低电平“0”时，扫描2、4、6段，此时2、4、6段发光二极管亮，实现对6段护栏管的分时控制。

分时控制电路如图3所示。其中VCC为高电平。工作原理如下：当SEL为高电平时，Q1导通，Q4的基极为低电平，从而使Q4导通；同时，Q2导通，Q3截止，Q5的基极为高阻态，从而Q5截止。利用Q4、Q5的开关特性通过DA、DB的高低电平不同来实现分时控制。
1．1．2 LED护栏管电路设计
P9816提供电流驱动，每路驱动的最大电流是26 mA，此电流可以使发光二极管能够正常发光。LED护栏管电路如图4所示。DA、DB电压约为22 V，且流过发光二极管的电流约为10 mA时二极管即可正常发光。由于发光二极管的颜色不同，导致各个管压降不同，红色发光二极管的压降为2 V，绿色和蓝色发光二极管的压降为3V。因此在红色发光二极管的电路中使用了一个5．1 V的稳压二极管进行降压。并且电路接的电阻较大为510 Ω，红色发光二极管的电路总压降可以近似表示为5．1V+510x 0．01V+6×2 V=22．2V，符合电路设计要求；绿色和蓝色发光二极管的管压降几乎相同，因此绿色和蓝色发光二极管可以使用相同的硬件发光电路，接360Ω的电阻，其正常工作时的电路的总压降可以表示为360×0．01V+3×6 V=11．6V。经过实验测试，设计的电路系统可稳定工作，红、绿、蓝发光二极管可以正常发光，初步实现了预期效果。