LED电子礼花树控制器设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:用LED取代小型灯泡作为电子礼花树的显示器件具有节电、工作寿命长、高亮度、多发光颜色、响应快等优点。依据LED显示器件的特点及系统的可维护性和可扩充性需求,文章给出了一种电子礼花树系统主板、LED显示驱动板的硬件原理电路及主程序的工作流程框图,同时也对LED显示驱动芯片TPIC6B273进行了简要介绍。 关键词:礼花树;LED;嵌入式系统;单片机;TPIC6B273 随着人们工作、学习、休闲和娱乐环境的不断改善,城市的美化、亮化工程也在不断改观。电子礼花树作为美化、亮化工程的一项重要景观,一直为人们所重视。但现有的电子礼花树是以低压小型灯泡作为光源,在实际使用中凸现出耗电大、使用寿命短、易损坏以及缺乏色彩等严重缺点。 LED是一种性能优良的显示器件,具有寿命长、节电、高亮度、多种发光颜色、响应速度快和驱动电压低等优点。用LED取代低压小型灯泡作为仿真礼花树的光源器件,不仅可以克服其原有缺点,而且具有节电、工作寿命长、高亮度、多发光颜色、响应速度快等优点,且在节省大量能源的同时还可以使电子礼花的工作更加丰富多彩、引人入胜。 用LED作为显示器件的电子礼花树的控制器是以嵌入式微处理器为核心,辅以适当的驱动电路组成的。该控制器可在专用控制软件的控制下进行相应的工作。 图1 1 硬件电路设计 为了保证系统良好的维护性能并满足系统的可扩充需求,LED电子礼花树控制器在硬件电路的设计上采用了插板式的模块化设计方案。主控电路板和驱动电路板分设为两块插板,各自完成独立的不同功能,两种插板按照等同大小的几何尺寸来设计PCB板。一个LED电子礼花树控制器仅需要一块主控电路板和若干块驱动电路板(依据LED电子礼花树的规模大小而定)。主控电路板通过自定义的总线来控制各个驱动电路板的工作。在实际工作中,所有的主控电路板和驱动电路板都分别插在具有导轨的“机笼”中,各个插板之间主要通过26芯的扁平电缆来实现总线的互连,因而可方便系统的扩充并使系统的维修变得简单、快捷。 1.1 主控电路板设计 LED电子礼花树是以嵌入式微处理器89C52(IC5)为核心,由于数据总线的数据只向外输出,因此,数据总线和地址总线的数据在经过74HC244总线驱动器(IC1、IC2)驱动后,应送入互连总线以增加系统的抗干扰能力。而用可编程门阵列芯片GAL16V8(IC3)作为输出芯片的高端地址译码,既可简化译码电路,又可保证各输出芯片地址译码的唯一性。硬件“看门狗”定时器电路是用具有RC振荡电路的波动计数器、CMOS芯片CD4060(IC4)为主构成的,其中C1、R1和VD2组成上电复位电路。改变R2或C3的值就可以微调“看门狗”定时器的工作时间,而改变VD3正极引脚到CD4060输出引脚的连接位置可以成倍地改变“看门狗”定时器的工作时间。跳线开关K1主要用于模拟礼花弹发射升空过程的工作速度设置,跳线开关K2用于模拟礼花弹高空爆炸过程工作速度的给定。总线的互连可通过专用接口(Z1)来实现。LED电子礼花树主控电路板的电路原理图如图1所示。 图2 1.2 驱动控制电路板设计 本电路的驱动电路板电路原理图如图2所示。为了系统扩展方便,该驱动电路采用插板结构设计方案,每个输出插板选用4个TPIC6B273做数据锁存、功率驱动及输出工作。TPIC6B273如同74LS273与MC1413的结合体(MC1413仅7路输出驱动,而TPIC6B273为8路输出驱动),它是由美国TI公司生产的集8位数据锁存、功率驱动为一体的8通道D型触发器功率输出器件,具有8位数据锁存、数据驱动输出控制的复合功能。因此,该器件的应用电路设计十分简洁。 图2中,通过比较译码芯片74HC688(IC2)和2-4译码芯片74HC393(IC6)与跳线开关K1等相配合能完成可变地址的译码,并可选择各个输出驱动芯片(IC1、IC3、IC4和IC5)的选通、数据锁存工作。由于采用了六位可变地址译码,因此,本LED电子礼花树控制器可扩展驱动26=64块驱动板。 电子礼花树上的LED工作状态是短时动态工作状态,且都选用超高亮度的LED作为发光元件,设其短时瞬态工作电流为45mA(3~4倍的额定静态工作电流),混合搭配使用的各色LED的平均管压降为2.5伏,则各芯片的每一路输出(依据TPIC6B273负载的性能和电流限定)可驱动三个并联(3%26;#215;45=135mA<150mA)和(依据TPIC6B273的负载电压限定)20只串联LED(2.5%26;#215;20=50V)。因此, TPIC6B273的每一位驱动输出在理论上可驱动的LED为:2.5%26;#215;20%26;#215;3=150个。实际上,为了工作的可靠,应采用降额工作方式,即选择驱动一半数量的LED(约80个)。每个电子礼花树驱动板有四个驱动芯片,每个芯片8位,则每个电子礼花树驱动板可驱动LED为:80%26;#215;8%26;#215;4=2560个。设计时可以此为基础并根据电子礼花树的大小(使用LED的多少)来选择不同数量的驱动电路板。 2 控制软件设计 LED电子礼花树由树干(用于模拟礼花弹发射升空过程)和树枝(用于模拟礼花弹高空爆炸显示景观)两个显示部分组成。由于电子礼花树工作在夜晚,作为支撑体的树枝、树干已极为模糊,树枝、树干上不同的LED显示源的受控工作点亮过程将模拟出礼花弹由发射升空到爆炸的全部工作过程。 电子礼花树软件设计的主要任务是模拟礼花弹的工作过程(发射-爆炸),尤其是以高空爆炸的显示景观。设计时应首先为高空显示景观命名(如梦幻世界、大地红、满天星等)然后依据其景观现象描绘和设计其具体工作过程,并依此来编写相应的显示工作软件模块。一个电子礼花树可设计10~16种显示工作模块,以增加显示花样。为了防止电子礼花树长时间工作使观赏者感到乏味,每一个工作周期都以随机方式产生一个显示模块工作顺序并存于线性工作表中,控制程序通过依次查对线性工作表中的数据来决定哪一个模块工作。由于显示工作模块的工作状态千差万别,图3仅给出了该电子礼花树的主程序工作流程。 3 结束语 该LED电子礼花树及其控制器经过冬、夏恶劣环境条件下的长时间使用证明,系统工作可靠,优点突出、明显。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/ledanddisplay/200703/9577.html
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