孫瑩瑩，鄧桂芳

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學院，廣東廣州510900）

發(fā)光二極管燈光控制及驅(qū)動模塊設(shè)計

孫瑩瑩，鄧桂芳

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學院，廣東廣州510900）

設(shè)計了一種發(fā)光二極管（LED）燈條的燈光控制及驅(qū)動模塊。該設(shè)計可用于一般沙盤模型的展示裝置中，在沙盤模型上嵌套LED燈帶，可實現(xiàn)LED燈的流水燈效果，并能通過計算機控制，在沙盤上的不同燈帶中選擇開關(guān)，加強演示效果，使沙盤展品更加吸引眼球。

發(fā)光二極管；LED燈帶；驅(qū)動模塊；控制模塊

沙盤展示模型由于其突出的演示效果受到了眾多需要進行產(chǎn)品推廣的企事業(yè)單位的青睞，為了使沙盤模型更加吸引眼球，通過在沙盤模型上嵌套LED燈帶，可以使得觀看者對展示物有更加直觀的感受。本文介紹了一種發(fā)光二極管（LED）燈條的燈光控制及驅(qū)動模塊的設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容包括：基于CD4017的LED燈帶驅(qū)動模塊的設(shè)計，基于PIC-16F877A單片機的控制模塊的設(shè)計，配合Flash展示效果的上下位機的程序設(shè)計。

1 LED燈帶驅(qū)動模塊的設(shè)計

為了使LED燈帶實現(xiàn)流水燈顯示的功能，要為LED燈帶設(shè)計一個驅(qū)動模塊。一條LED燈帶是若干個LED（大于50個）并聯(lián)組成的，所以要實現(xiàn)各個燈的單獨驅(qū)動，就需要特定的驅(qū)動設(shè)計。本文介紹的驅(qū)動模塊的設(shè)計，主要是采用CD4017配合NE555實現(xiàn)的。下面是具體實現(xiàn)方法的介紹。

1.1 時鐘和驅(qū)動信號發(fā)生模塊

時鐘和驅(qū)動信號發(fā)生模塊的作用是為驅(qū)動信號提供脈沖時鐘，并為LED燈提供按順序點亮和熄滅的信號。

模塊由1塊NE555芯片和外圍電路、4塊CD4017約翰遜計數(shù)器構(gòu)成。其中，555芯片3腳輸出接CD4017的時鐘輸入端，4塊CD4017依次級聯(lián)，可以順序輸出24個高電平。如果一個高電平輸出驅(qū)動四五個LED燈，則足夠用以驅(qū)動一條長約1.5 m的LED燈帶。模塊電路圖如圖1所示。

CD4017是十進制計數(shù)/分頻器，它的內(nèi)部由計數(shù)器和譯碼器2部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序如圖2所示。通過選取合適的電阻阻值，可以實現(xiàn)不同的流水燈燈光亮滅的速度。

1.2 三極管驅(qū)動模塊

三極管驅(qū)動模塊的主要作用是增強CD4017的輸出驅(qū)動能力。LED是一種電流驅(qū)動型器件，最大電流在1.5A左右。如果電流過大，很容易將LED燒壞；如果電流過小，則LED的亮度會受影響。如何控制通過LED的電流，是LED驅(qū)動模塊的設(shè)計重點。

圖1 驅(qū)動板時鐘發(fā)生模塊

圖2 CD4017輸出時序

采用三極管作為LED的驅(qū)動器件，可以充分利用三極管的電流特性，輕易地驅(qū)動多個LED。在本文的設(shè)計中，采用24個三極管和3個排式插針接線柱實現(xiàn)。

根據(jù)上述設(shè)計原理，選擇合適的器件及相關(guān)封裝，用Protel DXP繪制印刷電路板如圖3所示。

2 LED選通和控制模塊的制作

完成LED驅(qū)動模塊以后，由于該模塊上沒有集成選通功能，需要另外制作一個LED選通電路板，作為單片機控制板與驅(qū)動板之間的連接部件。

選通LED驅(qū)動板的設(shè)計有3種方法，即直接采用三極管開關(guān)、采用光耦搭配三極管開關(guān)和采用繼電器開關(guān)。

考慮到單片機與LED驅(qū)動采用的是不同的電壓，直接采用三極管來選通的方法明顯是不可行的；采用光耦搭配三極管選通，可以實現(xiàn)不同電壓之間的切換，但是需要兩三個三極管和一個光耦，元件較多，連接電路圖也比較復雜；采用繼電器來選通，不但可以用低電壓輕松通斷高電壓，而且穩(wěn)定性極好，采用元件少，實現(xiàn)方法簡單。綜合考慮以上3種方案，最后決定采用繼電器來實現(xiàn)電路選通的方法。具體的電路圖及相關(guān)實現(xiàn)方法如圖4所示。

圖3 驅(qū)動板PCB板圖

圖4 單片機選通繼電器電路圖

圖5 最后成型的電路板

選通電路板完成之后，進行單片機控制板與選通板的聯(lián)調(diào)。本文采用MICROCHIP公司的PIC系列型號作為16F877A的單片機，LED驅(qū)動板的選通、上位機串口指令的接收與發(fā)送都要通過它來完成。

單片機控制板采用一塊877最小系統(tǒng)板，該電路板上集成了電源、時鐘晶振、串口通訊等模塊，而且877每個管腳都用排式插針連出，可以方便地與選通板通過導線相連。最后成型的電路板如圖5所示。

3 軟件設(shè)計

為了實現(xiàn)選通功能，首先需要確定IO管腳的分配，在實際應(yīng)用中可以按照沙盤模型上的LED燈帶數(shù)目來分配。分配好管腳，進行編程。需要實現(xiàn)的功能包括以下3個方面：①與PC上位機的串口通訊；②根據(jù)串口傳來的數(shù)據(jù)，自動選通LED燈；③配合Flash演講，實現(xiàn)LED檢測燈與故障燈之間的延時。根據(jù)上述要求，設(shè)計程序流程如圖6所示。

圖6 程序流程圖

4 總結(jié)

本文設(shè)計了一種發(fā)光二極管LED燈條的驅(qū)動和控制模塊。該模塊成功應(yīng)用于沙盤演示模型中，可靠性高、操作方便，極大地增強了沙盤模型的演示效果，是一種適合推廣的設(shè)計。

［1］閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.第四版.北京：高等教育出版社，1998.

［2］張明鋒.PIC單片機入門與實戰(zhàn)［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2004.

［3］譚浩強.C程序設(shè)計［M］.第三版.北京：清華大學出版社，2006.

〔編輯：劉曉芳〕

TM923.34；TP273

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.130

2095－6835（2017）14－0130－02