P9816驅(qū)動的護欄管顯示與控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：設(shè)計了護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)動芯片P9816的通信協(xié)議，編寫了相應(yīng)程序來控制護欄管的顯示。系統(tǒng)采用控制器讀取SD卡中的數(shù)據(jù)并進行處理，將處理后的數(shù)據(jù)送入護欄管，護欄管即可顯示豐富多彩的內(nèi)容。
關(guān)鍵詞：護欄管；P9816；通信協(xié)議；SD卡

引言
護欄管廣泛應(yīng)用于樓體墻面、公園、娛樂場所等地方。護欄管串聯(lián)而成的霓虹燈以及建筑物周圍用護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、動畫等各種信息，透視度強，能見度高，是一種比較理想的實用顯示屏幕。護欄管組成的電子產(chǎn)品一直受到人們的喜愛，故障率低、易維護、容易升級更新、開發(fā)成本相對較低。本文設(shè)計的護欄管顯示控制系統(tǒng)，簡單易操作，有很強的靈活性，具有廣闊的市場前景。
目前市場上有多種LED護欄管以及護欄管驅(qū)動芯片，本系統(tǒng)選用P9816芯片來驅(qū)動護欄管。比較常見的護欄管有6、8、12、16、32段等，每一段又稱為一個像素點，段數(shù)越多，顯示的效果越好。該系統(tǒng)選用6段的護欄管，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 護欄管硬件電路設(shè)計
6段護欄管即一根護欄管上有6段，每段各有6個紅色發(fā)光二極管、6個綠色發(fā)光二極管、6個藍色發(fā)光二極管，每種顏色的二極管又可以實現(xiàn)256個灰度級變化，3種顏色不同灰度級的不同組合可以使每一段顯示出不同的色彩。因此，護欄管可以達到非常好的混色效果。根據(jù)用戶的需要，把護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)；也可以把若干護欄管組合成屏幕，顯示各種信息。護欄管級聯(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欄管顯示部分。每一根護欄管上有一個P9816驅(qū)動芯片，采用24 V直流穩(wěn)壓電源(電源1)對護欄管上的發(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)對單片機STC89C52和P9816驅(qū)動芯片供電。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)送入護欄管顯示。本系統(tǒng)選用了高集成度的芯片，如單片機STC89C52、74HC245、P9816驅(qū)動芯片，硬件電路比較簡潔，便于設(shè)計和制作，方便實驗。
1．1 LED護欄管顯示設(shè)計
護欄管顯示部分包括P9816驅(qū)動電路、LED護欄管發(fā)光電路以及電源電路3部分。
1．1．1 P9816驅(qū)動電路設(shè)計
P9816作為護欄管的驅(qū)動芯片有以下優(yōu)點：
①它是一款全彩點光源LED驅(qū)動芯片，采用CMOS工藝，提供9路恒流驅(qū)動及256級灰度調(diào)制輸出；使用1／2分頻技術(shù)，使1片IC能控制6個像素點，用于驅(qū)動顯示燈光變幻、彩色動漫圖案。
②根據(jù)不同控制器和客戶不同形式要求，進行脫機或聯(lián)機運行，可視效果分明，級聯(lián)方式簡單，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，抗干擾能力強。
③最大串行輸入數(shù)據(jù)時鐘頻率為10 MHz，數(shù)據(jù)信號鎖相再生，1 MHz數(shù)據(jù)傳輸速度下級聯(lián)點光源可達1 024個。
由此可見P9816是一種比較理想的LED護欄管驅(qū)動芯片。本文考慮到設(shè)計的復(fù)雜性和現(xiàn)有的軟硬件沒備，決定使用單一控制器對LED護欄管進行控制，在以后產(chǎn)品更新過程中可以逐步使用多個控制器，這樣就使整個系統(tǒng)相對較容易控制。給驅(qū)動芯片供電即可正常工作，P9816驅(qū)動電路如圖2所示。

P9816輸出 3組信號，可以控制3段發(fā)光二極管，而一根護欄管有6段。需要設(shè)計一個電路，當(dāng)分頻信號SEL為高電平“1”時，掃描1、3、5段，此時1、3、5段發(fā)光二極管亮；SEL為低電平“0”時，掃描2、4、6段，此時2、4、6段發(fā)光二極管亮，實現(xiàn)對6段護欄管的分時控制。

分時控制電路如圖3所示。其中VCC為高電平。工作原理如下：當(dāng)SEL為高電平時，Q1導(dǎo)通，Q4的基極為低電平，從而使Q4導(dǎo)通；同時，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現(xiàn)分時控制。