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          LED電子禮花樹控制器設(shè)計

          作者: 時間:2004-12-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          摘要:取代小型燈泡作為樹的顯示器件具有節(jié)電、工作壽命長、高亮度、多發(fā)光顏色、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。依據(jù)顯示器件的特點(diǎn)及系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性需求,文章給出了一種樹系統(tǒng)主板、顯示驅(qū)動板的硬件原理電路及主程序的工作流程框圖,同時也對LED顯示驅(qū)動芯片TPIC6B273進(jìn)行了簡要介紹。

          關(guān)鍵詞:樹;LED;嵌入式系統(tǒng);單片機(jī);TPIC6B273

          隨著人們工作、學(xué)習(xí)、休閑和娛樂環(huán)境的不斷改善,城市的美化、亮化工程也在不斷改觀。禮花樹作為美化、亮化工程的一項重要景觀,一直為人們所重視。但現(xiàn)有的電子禮花樹是以低壓小型燈泡作為光源,在實(shí)際使用中凸現(xiàn)出耗電大、使用壽命短、易損壞以及缺乏色彩等嚴(yán)重缺點(diǎn)。

          LED是一種性能優(yōu)良的顯示器件,具有壽命長、節(jié)電、高亮度、多種發(fā)光顏色、響應(yīng)速度快和驅(qū)動電壓低等優(yōu)點(diǎn)。用LED取代低壓小型燈泡作為仿真禮花樹的光源器件,不僅可以克服其原有缺點(diǎn),而且具有節(jié)電、工作壽命長、高亮度、多發(fā)光顏色、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),且在節(jié)省大量能源的同時還可以使電子禮花的工作更加豐富多彩、引人入勝。

          用LED作為顯示器件的電子禮花樹的是以嵌入式微處理器為核心,輔以適當(dāng)?shù)尿?qū)動電路組成的。該可在專用控制軟件的控制下進(jìn)行相應(yīng)的工作。

          圖1

          1 硬件電路

          為了保證系統(tǒng)良好的維護(hù)性能并滿足系統(tǒng)的可擴(kuò)充需求,LED電子禮花樹在硬件電路的上采用了插板式的模塊化方案。主控電路板和驅(qū)動電路板分設(shè)為兩塊插板,各自完成獨(dú)立的不同功能,兩種插板按照等同大小的幾何尺寸來設(shè)計PCB板。一個LED電子禮花樹控制器僅需要一塊主控電路板和若干塊驅(qū)動電路板(依據(jù)LED電子禮花樹的規(guī)模大小而定)。主控電路板通過自定義的總線來控制各個驅(qū)動電路板的工作。在實(shí)際工作中,所有的主控電路板和驅(qū)動電路板都分別插在具有導(dǎo)軌的“機(jī)籠”中,各個插板之間主要通過26芯的扁平電纜來實(shí)現(xiàn)總線的互連,因而可方便系統(tǒng)的擴(kuò)充并使系統(tǒng)的維修變得簡單、快捷。

          1.1 主控電路板設(shè)計

          LED電子禮花樹是以嵌入式微處理器89C52(IC5)為核心,由于數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)只向外輸出,因此,數(shù)據(jù)總線和地址總線的數(shù)據(jù)在經(jīng)過74HC244總線驅(qū)動器(IC1、IC2)驅(qū)動后,應(yīng)送入互連總線以增加系統(tǒng)的抗干擾能力。而用可編程門陣列芯片GAL16V8(IC3)作為輸出芯片的高端地址譯碼,既可簡化譯碼電路,又可保證各輸出芯片地址譯碼的唯一性。硬件“看門狗”定時器電路是用具有RC振蕩電路的波動計數(shù)器、CMOS芯片CD4060(IC4)為主構(gòu)成的,其中C1、R1和VD2組成上電復(fù)位電路。改變R2或C3的值就可以微調(diào)“看門狗”定時器的工作時間,而改變VD3正極引腳到CD4060輸出引腳的連接位置可以成倍地改變“看門狗”定時器的工作時間。跳線開關(guān)K1主要用于模擬禮花彈發(fā)射升空過程的工作速度設(shè)置,跳線開關(guān)K2用于模擬禮花彈高空爆炸過程工作速度的給定。總線的互連可通過專用接口(Z1)來實(shí)現(xiàn)。LED電子禮花樹主控電路板的電路原理圖如圖1所示。

          圖2

          1.2 驅(qū)動控制電路板設(shè)計

          本電路的驅(qū)動電路板電路原理圖如圖2所示。為了系統(tǒng)擴(kuò)展方便,該驅(qū)動電路采用插板結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,每個輸出插板選用4個TPIC6B273做數(shù)據(jù)鎖存、功率驅(qū)動及輸出工作。TPIC6B273如同74LS273與MC1413的結(jié)合體(MC1413僅7路輸出驅(qū)動,而TPIC6B273為8路輸出驅(qū)動),它是由美國TI公司生產(chǎn)的集8位數(shù)據(jù)鎖存、功率驅(qū)動為一體的8通道D型觸發(fā)器功率輸出器件,具有8位數(shù)據(jù)鎖存、數(shù)據(jù)驅(qū)動輸出控制的復(fù)合功能。因此,該器件的應(yīng)用電路設(shè)計十分簡潔。

          圖2中,通過比較譯碼芯片74HC688(IC2)和2-4譯碼芯片74HC393(IC6)與跳線開關(guān)K1等相配合能完成可變地址的譯碼,并可選擇各個輸出驅(qū)動芯片(IC1、IC3、IC4和IC5)的選通、數(shù)據(jù)鎖存工作。由于采用了六位可變地址譯碼,因此,本LED電子禮花樹控制器可擴(kuò)展驅(qū)動26=64塊驅(qū)動板。

          電子禮花樹上的LED工作狀態(tài)是短時動態(tài)工作狀態(tài),且都選用超高亮度的LED作為發(fā)光元件,設(shè)其短時瞬態(tài)工作電流為45mA(3~4倍的額定靜態(tài)工作電流),混合搭配使用的各色LED的平均管壓降為2.5伏,則各芯片的每一路輸出(依據(jù)TPIC6B273負(fù)載的性能和電流限定)可驅(qū)動三個并聯(lián)(345=135mA<150mA)和(依據(jù)TPIC6B273的負(fù)載電壓限定)20只串聯(lián)LED(2.520=50V)。因此,TPIC6B273的每一位驅(qū)動輸出在理論上可驅(qū)動的LED為:?2.520?3=150個。實(shí)際上,為了工作的可靠,應(yīng)采用降額工作方式,即選擇驅(qū)動一半數(shù)量的LED(約80個)。每個電子禮花樹驅(qū)動板有四個驅(qū)動芯片,每個芯片8位,則每個電子禮花樹驅(qū)動板可驅(qū)動LED為:8084=2560個。設(shè)計時可以此為基礎(chǔ)并根據(jù)電子禮花樹的大小(使用LED的多少)來選擇不同數(shù)量的驅(qū)動電路板。

          2 控制軟件設(shè)計

          LED電子禮花樹由樹干(用于模擬禮花彈發(fā)射升空過程)和樹枝(用于模擬禮花彈高空爆炸顯示景觀)兩個顯示部分組成。由于電子禮花樹工作在夜晚,作為支撐體的樹枝、樹干已極為模糊,樹枝、樹干上不同的LED顯示源的受控工作點(diǎn)亮過程將模擬出禮花彈由發(fā)射升空到爆炸的全部工作過程。

          電子禮花樹軟件設(shè)計的主要任務(wù)是模擬禮花彈的工作過程(發(fā)射-爆炸),尤其是以高空爆炸的顯示景觀。設(shè)計時?應(yīng)首先為高空顯示景觀命名(如夢幻世界、大地紅、滿天星等)?然后依據(jù)其景觀現(xiàn)象描繪和設(shè)計其具體工作過程,并依此來編寫相應(yīng)的顯示工作軟件模塊。一個電子禮花樹可設(shè)計10~16種顯示工作模塊,以增加顯示花樣。為了防止電子禮花樹長時間工作使觀賞者感到乏味,每一個工作周期都以隨機(jī)方式產(chǎn)生一個顯示模塊工作順序并存于線性工作表中,控制程序通過依次查對線性工作表中的數(shù)據(jù)來決定哪一個模塊工作。由于顯示工作模塊的工作狀態(tài)千差萬別,圖3僅給出了該電子禮花樹的主程序工作流程。

          3 結(jié)束語

          該LED電子禮花樹及其控制器經(jīng)過冬、夏惡劣環(huán)境條件下的長時間使用證明,系統(tǒng)工作可靠,優(yōu)點(diǎn)突出、明顯。



          關(guān)鍵詞: 設(shè)計 控制器 禮花 電子 LED

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