P9816驅(qū)動(dòng)的護(hù)欄管顯示與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了護(hù)欄管顯示與控制系統(tǒng)，給出了它們的硬件電路圖。結(jié)合驅(qū)動(dòng)芯片P9816的通信協(xié)議，編寫了相應(yīng)程序來控制護(hù)欄管的顯示。系統(tǒng)采用控制器讀取SD卡中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)據(jù)送入護(hù)欄管，護(hù)欄管即可顯示豐富多彩的內(nèi)容。
關(guān)鍵詞：護(hù)欄管；P9816；通信協(xié)議；SD卡

引言
護(hù)欄管廣泛應(yīng)用于樓體墻面、公園、娛樂場(chǎng)所等地方。護(hù)欄管串聯(lián)而成的霓虹燈以及建筑物周圍用護(hù)欄管做成的裝飾燈給城市的夜晚增添了無限魅力，其組成的LED彩色顯示屏可以用來顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫等各種信息，透視度強(qiáng)，能見度高，是一種比較理想的實(shí)用顯示屏幕。護(hù)欄管組成的電子產(chǎn)品一直受到人們的喜愛，故障率低、易維護(hù)、容易升級(jí)更新、開發(fā)成本相對(duì)較低。本文設(shè)計(jì)的護(hù)欄管顯示控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)單易操作，有很強(qiáng)的靈活性，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
目前市場(chǎng)上有多種LED護(hù)欄管以及護(hù)欄管驅(qū)動(dòng)芯片，本系統(tǒng)選用P9816芯片來驅(qū)動(dòng)護(hù)欄管。比較常見的護(hù)欄管有6、8、12、16、32段等，每一段又稱為一個(gè)像素點(diǎn)，段數(shù)越多，顯示的效果越好。該系統(tǒng)選用6段的護(hù)欄管，其中的發(fā)光二極管是由控制器STC89C52、P9816和部分外圍電路控制。

1 護(hù)欄管硬件電路設(shè)計(jì)
6段護(hù)欄管即一根護(hù)欄管上有6段，每段各有6個(gè)紅色發(fā)光二極管、6個(gè)綠色發(fā)光二極管、6個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管，每種顏色的二極管又可以實(shí)現(xiàn)256個(gè)灰度級(jí)變化，3種顏色不同灰度級(jí)的不同組合可以使每一段顯示出不同的色彩。因此，護(hù)欄管可以達(dá)到非常好的混色效果。根據(jù)用戶的需要，把護(hù)欄管排列成不同的形狀，串聯(lián)起來放在建筑物的四周或者道路兩側(cè)；也可以把若干護(hù)欄管組合成屏幕，顯示各種信息。護(hù)欄管級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)包括控制器部分以及護(hù)欄管顯示部分。每一根護(hù)欄管上有一個(gè)P9816驅(qū)動(dòng)芯片，采用24 V直流穩(wěn)壓電源(電源1)對(duì)護(hù)欄管上的發(fā)光二極管供電，通過電源電路把24 V電壓轉(zhuǎn)變成5 V(電源2)對(duì)單片機(jī)STC89C52和P9816驅(qū)動(dòng)芯片供電。把效果文件放入被格式化過的SD卡中，利用控制器讀取SD卡中的內(nèi)容并將數(shù)據(jù)送入護(hù)欄管顯示。本系統(tǒng)選用了高集成度的芯片，如單片機(jī)STC89C52、74HC245、P9816驅(qū)動(dòng)芯片，硬件電路比較簡(jiǎn)潔，便于設(shè)計(jì)和制作，方便實(shí)驗(yàn)。
1．1 LED護(hù)欄管顯示設(shè)計(jì)
護(hù)欄管顯示部分包括P9816驅(qū)動(dòng)電路、LED護(hù)欄管發(fā)光電路以及電源電路3部分。
1．1．1 P9816驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
P9816作為護(hù)欄管的驅(qū)動(dòng)芯片有以下優(yōu)點(diǎn)：
①它是一款全彩點(diǎn)光源LED驅(qū)動(dòng)芯片，采用CMOS工藝，提供9路恒流驅(qū)動(dòng)及256級(jí)灰度調(diào)制輸出；使用1／2分頻技術(shù)，使1片IC能控制6個(gè)像素點(diǎn)，用于驅(qū)動(dòng)顯示燈光變幻、彩色動(dòng)漫圖案。
②根據(jù)不同控制器和客戶不同形式要求，進(jìn)行脫機(jī)或聯(lián)機(jī)運(yùn)行，可視效果分明，級(jí)聯(lián)方式簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。
③最大串行輸入數(shù)據(jù)時(shí)鐘頻率為10 MHz，數(shù)據(jù)信號(hào)鎖相再生，1 MHz數(shù)據(jù)傳輸速度下級(jí)聯(lián)點(diǎn)光源可達(dá)1 024個(gè)。
由此可見P9816是一種比較理想的LED護(hù)欄管驅(qū)動(dòng)芯片。本文考慮到設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和現(xiàn)有的軟硬件沒備，決定使用單一控制器對(duì)LED護(hù)欄管進(jìn)行控制，在以后產(chǎn)品更新過程中可以逐步使用多個(gè)控制器，這樣就使整個(gè)系統(tǒng)相對(duì)較容易控制。給驅(qū)動(dòng)芯片供電即可正常工作，P9816驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。

P9816輸出 3組信號(hào)，可以控制3段發(fā)光二極管，而一根護(hù)欄管有6段。需要設(shè)計(jì)一個(gè)電路，當(dāng)分頻信號(hào)SEL為高電平“1”時(shí)，掃描1、3、5段，此時(shí)1、3、5段發(fā)光二極管亮；SEL為低電平“0”時(shí)，掃描2、4、6段，此時(shí)2、4、6段發(fā)光二極管亮，實(shí)現(xiàn)對(duì)6段護(hù)欄管的分時(shí)控制。

分時(shí)控制電路如圖3所示。其中VCC為高電平。工作原理如下：當(dāng)SEL為高電平時(shí)，Q1導(dǎo)通，Q4的基極為低電平，從而使Q4導(dǎo)通；同時(shí)，Q2導(dǎo)通，Q3截止，Q5的基極為高阻態(tài)，從而Q5截止。利用Q4、Q5的開關(guān)特性通過DA、DB的高低電平不同來實(shí)現(xiàn)分時(shí)控制。