基于STC单片机的LED护栏管控制系统设计

LED护栏管又名丽得管，是一种先进的LED装饰照明灯饰产品。以红、绿、蓝3种颜色的LED作为光源，使用了微电子和数码技术，能进行色彩追逐，色彩过渡渐变，灰度变化和七色变化，能产生十分丰富的色彩变幻效果。该产品外形采用一次成型，灯管和底座浑为一体，防水性更好，重量更轻。广泛适用于酒吧、舞厅、大厦、广场、桥梁、栏杆等各种大型建筑装饰，全彩管更可以在一个大范围的区域实现灯光群控和显示动态节目，适合大型主题夜景。

文中提出了一种主从式单片机的LED轮廓显示屏解决方案，该设计方案利用STC单片机自身的FLASH ROM和RAM，外部无需任何存储电路，电路结构简单。可实现交流同步显示，驱动当前LED亮化市场中的多款LED护栏管与点光源器件。

1 系统的工作原理及总体方案设计

1．1 STC单片机

STC系列单片机是宏晶科技生产的单机器周期时钟的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12倍。内部集成MAX810专用复位电路，针对电机控制，强干扰场合。其中STC11FXX、STC12CXX系列工作电压4．1～5．5 V，工作频率可达35 MHz，有内部512字节RAM，性价比高。并可通过串口进行ISP操作，无需专用仿真器与编程器，直接下载用户程序，给用户的开发生产和维护带来方便。

1．2 系统的工作原理

LED轮廓显示是用首尾相连的LED护栏管或串联的点光源连接的LED显示特效，多用于楼宇轮廓的亮化工程。显示屏驱动电路的主要作用是接收来自控制系统的数字信号，将发光二极管点亮，实现在LED显示屏上的信息的显示。LED轮廓显示广泛使用的驱动电路是基于通用型集成电路来设计的，如：74HC164、CD4015、74HC595、68595、ULN2803等，大多为移位寄存器和达林顿驱动器。采用常规型驱动IC进行电路设计，原理比较简单，价格便宜，产品的技术开放性比较强。LED显示屏上数据的传输方式主要有串行和并行两种，目前广为采用的主要为串行控制技术。这种控制方式的显示屏的每一个单元内部的不同驱动电路、各级联单元之间每个时钟仅传送一个位(具体实现时每种颜色各一位)的数据。采用这种方式，可采用的驱动IC种类较多，不同显示单元之间的连线较少，可减少显示单元上的数据传输驱动元件，从而提高整个系统的可靠性和具体工程实现的容易程度。

1．3 系统总体方案的设计

系统由主控制器与从控制器两部分组成。主控制器带LED显示与功能按键，用户根据实际情况选择显示效果与显示速度。根据控制需要可组成如图1的3种结构。

图1(a)结构为标准主从结构。其中主控制器通过485总线将控制数据传送给各从控制器。从控制器接收主控制器数据，按要求驱动LED灯板。图1(b)结构为简易主从结构。即当无主控制器或无需用户交互时，用一台从控制器充当主控制器发送数据给各从控制器。图1(c)结构为并行同步结构。系统中无主控制器，各从控制器根据交流电信号50 Hz频率自动执行，多台从控制器可以同步显示。

2 系统硬件设计

2．1 主控制器硬件设计

主控制器包括STC单片机最小系统，电源部分，LED动态显示电路，按键输出部分，输出电路等几部分组成。主控制器电气原理图如图2所示。

    其中最小系统采用STC12C5608单片机。电源输入部分允许交流或直流9～36 V输入，通过DB107交流桥与LM2575高性能稳压芯片保证系统5 V供电。LED动态显示部分采用4个8位LED数码管，显示控制速度“00-15”，显示输出模式“00-99”。485输出部分采用3个瞬态抑制二级提高485芯片实际使用寿命。

2．2 从控制器硬件设计
    主控制器包括STC单片机最小系统，交流信号输入部分，485收发模块部分，输出电路4部分集成。主控制器电器原理图如图3所示。

    从系统结构图1中可知，485总线网络采用星形结构，一个主机和若干台从机，主机只发送数据，从机只接收数据，属于单功方式。实际应用时，当主控制器距现场较远时，为了省通信接线，并简化连接结构。将星形连接结构变成如图4所示连接方式。

因此从控制器的485收发模块包括一个接收模块和一个发送模块。从图3中可以看出接收部分得到信号未进入单片机就直接通过发送模块送出。既完成了控制要求，又简化了连接方式。