曾和蘭, 劉登桃

(廣東紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東佛山 528041)

0 引 言

發(fā)光二極管LED亮度高、使用壽命長(zhǎng)、色彩鮮艷、組態(tài)靈活、對(duì)室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)[1],因此LED應(yīng)用廣泛[2]。LED顯示屏是利用 LED點(diǎn)陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕,LED屏幕較為廣泛的應(yīng)用是在字符顯示方面[3],如火車站的列車時(shí)刻表、票價(jià)情況顯示以及證券銀行業(yè)的匯率、利率等的顯示,因?yàn)槲淖謹(jǐn)?shù)字的點(diǎn)陣信息都有成熟的點(diǎn)陣模塊。但LED屏幕顯示在顯示圖像方面應(yīng)用范圍相對(duì)較少,主要原因是得到圖像的點(diǎn)陣信息的成本較高。文中介紹一種基于STC11L08、無(wú)需PC機(jī)監(jiān)控、可脫機(jī)運(yùn)行的低成本、高性價(jià)比的LED動(dòng)畫圖像顯示控制器,本控制器現(xiàn)已在廣州新智杰電子廠正式應(yīng)用投產(chǎn)。

1 控制器

需要顯示的文字或動(dòng)畫信息事先用PC機(jī)編輯、轉(zhuǎn)換成相應(yīng)格式的數(shù)據(jù)信息,存儲(chǔ)在通用的SD卡上?？刂破鞯墓δ苤饕墙邮誗D卡上的顯示文件,并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要驅(qū)動(dòng)LED顯示。如果整個(gè)LED顯示控制規(guī)模簡(jiǎn)單,只需要一塊單片機(jī)控制板直接通過LED驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED;如果顯示規(guī)模相對(duì)復(fù)雜,比如較高大的建筑物外墻景觀LED,則控制器需要由多個(gè)單片機(jī)控制板組成,其中一個(gè)為控制主板,其余單片機(jī)控制板為分控板,通過控制主板連接若干分控板,分區(qū)協(xié)調(diào)控制顯示輸出。整個(gè)控制顯示系統(tǒng)無(wú)需PC機(jī)進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控,只需將要編輯好的顯示文件存入SD卡,將SD卡插入單片機(jī)控制板,即可脫機(jī)運(yùn)行。文中介紹的控制器屬于前一種情況,只需一個(gè)單片機(jī)控制板直接驅(qū)動(dòng)LED顯示。

2 硬件設(shè)計(jì)

控制器電路主要包括SD卡接口電路、信號(hào)放大電路及LED輸出顯示電路3個(gè)部分,控制板結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 顯示控制板電路框圖

控制主板核心選用STC11L08單片機(jī),STC11L08系列單片機(jī)是宏晶科技設(shè)計(jì)生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī),是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代單片機(jī),指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8～12倍。內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路,適用于高速通信、智能控制、強(qiáng)干擾場(chǎng)合。STC11 L08系列單片機(jī)的定時(shí)器0、定時(shí)器1、串行口與傳統(tǒng)8051兼容,增加了獨(dú)立波特率發(fā)生器[4]。

2.1 SD卡接口電路設(shè)計(jì)

SD卡在日常生活與工作中使用非常廣泛,時(shí)下已經(jīng)成為最為通用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡。在諸如MP3、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備上也都采用SD卡作為其存儲(chǔ)設(shè)備。SD卡之所以得到如此廣泛的使用,是因?yàn)樗鼉r(jià)格低廉、存儲(chǔ)容量大、使用方便、通用性與安全性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[5]。本系統(tǒng)中,選擇用SD卡存儲(chǔ)經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換過的動(dòng)畫信息,SD卡與STC11L08的接口電路如圖2所示。

圖2 SD卡接口電路

STC11L08對(duì)SD卡的讀寫操作采用SPI通訊方式,SPI協(xié)議較為簡(jiǎn)單,沒有握手機(jī)制,數(shù)據(jù)傳輸效率高,速率快,通常應(yīng)用中可達(dá)幾Mbps;此外SPI是全雙工通信,可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)[6]。SD卡與STC11L08進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊信號(hào)有片選、數(shù)據(jù)寫入、數(shù)據(jù)讀出、同步時(shí)鐘及SD卡是否插入判斷信號(hào)。

2.2 LED顯示信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)

STC11L08總線端口雖然有一定的負(fù)載能力,但是考慮到所帶LED顯示負(fù)載較重,因此選擇SN74HC245N驅(qū)動(dòng)芯片,提高STC11L08的帶負(fù)載能力。SN74HC245N是典型的T TL型三態(tài)緩沖門電路,SN74HC245N后接LED顯示電路,驅(qū)動(dòng)芯片與主控板單片機(jī)的連接如圖3所示。

圖3 LED顯示信號(hào)放大電路圖

2.3 LED顯示電路設(shè)計(jì)

LED驅(qū)動(dòng)電路的核心器件是 LED驅(qū)動(dòng)芯片,本系統(tǒng)LED顯示電路如圖4所示。

圖4 LED顯示電路圖

本設(shè)計(jì)采用的驅(qū)動(dòng)芯片是T PIC6B595,它是一種單片、高電壓、中等電流的功率8位移位寄存器,是專為用戶需要相對(duì)高的負(fù)載功率系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。它包括一個(gè)8位的串入、并出移位寄存器,數(shù)據(jù)分別在移位寄存器時(shí)鐘SRCK和寄存器時(shí)鐘RCK的上升沿傳輸?shù)揭莆患拇嫫骱蛢?chǔ)存寄存器,當(dāng)移位寄存器清零端/SRCLK為高時(shí),儲(chǔ)存寄存器傳輸數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)緩沖器,當(dāng)/SRCLK為低時(shí),輸入端的移位寄存器被清零。串行輸出端SER OUT允許將移位寄存器與其它器件的數(shù)據(jù)級(jí)聯(lián)起來(lái)傳送。

其中,SRCK和RCK一起接控制板SN74HC245N的 CLK信號(hào),SERIN接SN74HC245N的DAT,/SRCLK接SN74HC245N的STB。

3 軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)讀取SD卡數(shù)據(jù)的流程如圖5所示。

顯示控制板中STC11L08動(dòng)態(tài)讀取SD卡中的動(dòng)畫數(shù)據(jù),同時(shí)輸出給SN74HC245N放大顯示信號(hào),再通過顯示驅(qū)動(dòng)電路最終驅(qū)動(dòng)LED顯示動(dòng)畫。

其中標(biāo)題塊中的內(nèi)容主要包括:塊標(biāo)志信息、主控單元掛接分控單元的數(shù)目、數(shù)據(jù)灰度格式、總數(shù)據(jù)幀數(shù)、有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等信息。標(biāo)題塊后面緊跟的是若干數(shù)據(jù)幀,每個(gè)數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度是512個(gè)字節(jié),描述的是每幀畫面上的顏色數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)包括:標(biāo)志字節(jié)、幀序號(hào)、分控地址號(hào)及顏色數(shù)據(jù)等信息。

4 結(jié) 語(yǔ)

本控制器適用于控制規(guī)模較小的場(chǎng)合。如果控制規(guī)模比較大,一個(gè)單片機(jī)控制板不夠,可以通過外接控制板來(lái)驅(qū)動(dòng)LED顯示,其中一個(gè)作為主控板,其余為分控板。

LED照明是半導(dǎo)體技術(shù)為人類文明和社會(huì)發(fā)展做出的又一大貢獻(xiàn),LED照明技術(shù)被公認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一。它在引發(fā)照明革命的同時(shí),也將為推動(dòng)節(jié)能、環(huán)保、建立節(jié)約型社會(huì)做出重大貢獻(xiàn)[7]。隨著LED照明技術(shù)的不斷升級(jí)和完善,尤其是隨著國(guó)家節(jié)能減排政策的制定和推廣,從中央到地方政府,從照明設(shè)計(jì)師到終端業(yè)主,在工程照明領(lǐng)域掀起了LED熱[8]。LED控制系統(tǒng)可以廣泛地應(yīng)用到顯示屏、交通標(biāo)志、建筑景觀照明等領(lǐng)域。

圖5 讀取SD卡數(shù)據(jù)程序框圖

[1]張瑩.電視臺(tái)演播室LED顯示屏的安裝調(diào)試[J].視聽界:廣播電視技術(shù),2007(6):47-53.

[2]楊蕾玉,余洋,董天文.磁通門磁力儀中的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,30(6):711-717.

[3]盧小雷,李寒.將色彩進(jìn)行到底[J].個(gè)人電腦,2008(10):169-193.

[4]STC11/10xx系列單片機(jī)[EB/OL][2011-05-20].http://apps.hi.baidu.com/share/detail/21316960.

[5]高美珍.基于嵌入式系統(tǒng)的MP3播放器設(shè)計(jì)[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010(4):93-98.

[6]陳格平.移動(dòng)外場(chǎng)轉(zhuǎn)播系統(tǒng):亞運(yùn)會(huì)CCTV-5演播室系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電視技術(shù),2011(1):44-47.

[7]宋菲君,張莉.激光五十華誕[J].物理,2010,7:445-461.

[8]秩名.大熱背后的理性呼喚:2009LED應(yīng)用產(chǎn)品現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析研討會(huì)[J].中國(guó)照明電器,2009(3):44.