P9816驱动的护栏管显示与控制系统设计

 

　　目前市场上有多种LED护栏管以及护栏管驱动芯片，本系统选用P9816芯片来驱动护栏管。比较常见的护栏管有6、8、12、16、32段等，每一段又称为一个像素点，段数越多，显示的效果越好。该系统选用6段的护栏管，其中的发光二极管是由控制器STC89C52、P9816和部分外围电路控制。

　　1 护栏管硬件电路设计

　　6段护栏管即一根护栏管上有6段，每段各有6个红色发光二极管、6个绿色发光二极管、6个蓝色发光二极管，每种颜色的二极管又可以实现256个灰度级变化，3种颜色不同灰度级的不同组合可以使每一段显示出不同的色彩。因此，护栏管可以达到非常好的混色效果。根据用户的需要，把护栏管排列成不同的形状，串联起来放在建筑物的四周或者道路两侧;也可以把若干护栏管组合成屏幕，显示各种信息。护栏管级联结构框图如图1所示。

　　

 

　　系统包括控制器部分以及护栏管显示部分。每一根护栏管上有一个P9816驱动芯片，采用24 V直流稳压电源(电源1)对护栏管上的发光二极管供电，通过电源电路把24 V电压转变成5 V(电源2)对单片机STC89C52和P9816驱动芯片供电。把效果文件放入被格式化过的SD卡中，利用控制器读取SD卡中的内容并将数据送入护栏管显示。本系统选用了高集成度的芯片，如单片机STC89C52、74HC245、P9816驱动芯片，硬件电路比较简洁，便于设计和制作，方便实验。

　　1.1 LED护栏管显示设计

　　护栏管显示部分包括P9816驱动电路、LED护栏管发光电路以及电源电路3部分。

　　1.1.1 P9816驱动电路设计

　　P9816作为护栏管的驱动芯片有以下优点：

　　①它是一款全彩点光源LED驱动芯片，采用CMOS工艺，提供9路恒流驱动及256级灰度调制输出;使用1/2分频技术，使1片IC能控制6个像素点，用于驱动显示灯光变幻、彩色动漫图案。

　　②根据不同控制器和客户不同形式要求，进行脱机或联机运行，可视效果分明，级联方式简单，数据传输稳定，抗干扰能力强。

　　③最大串行输入数据时钟频率为10 MHz，数据信号锁相再生，1 MHz数据传输速度下级联点光源可达1 024个。

　　由此可见P9816是一种比较理想的LED护栏管驱动芯片。本文考虑到设计的复杂性和现有的软硬件没备，决定使用单一控制器对LED护栏管进行控制，在以后产品更新过程中可以逐步使用多个控制器，这样就使整个系统相对较容易控制。给驱动芯片供电即可正常工作，P9816驱动电路如图2所示。

　　

 

　　P9816输出 3组信号，可以控制3段发光二极管，而一根护栏管有6段。需要设计一个电路，当分频信号SEL为高电平“1”时，扫描1、3、5段，此时1、3、5段发光二极管亮;SEL为低电平“0”时，扫描2、4、6段，此时2、4、6段发光二极管亮，实现对6段护栏管的分时控制。

　　

 

　　分时控制电路如图3所示。其中VCC为高电平。工作原理如下：当SEL为高电平时，Q1导通，Q4的基极为低电平，从而使Q4导通;同时，Q2导通，Q3截止，Q5的基极为高阻态，从而Q5截止。利用Q4、Q5的开关特性通过DA、DB的高低电平不同来实现分时控制。

　　1.1.2 LED护栏管电路设计

　　P9816提供电流驱动，每路驱动的最大电流是26 mA，此电流可以使发光二极管能够正常发光。LED护栏管电路如图4所示。DA、DB电压约为22 V，且流过发光二极管的电流约为10 mA时二极管即可正常发光。由于发光二极管的颜色不同，导致各个管压降不同，红色发光二极管的压降为2 V，绿色和蓝色发光二极管的压降为3V。因此在红色发光二极管的电路中使用了一个5.1 V的稳压二极管进行降压。并且电路接的电阻较大为510 Ω，红色发光二极管的电路总压降可以近似表示为5.1V+510x 0.01V+6×2 V=22.2V，符合电路设计要求;绿色和蓝色发光二极管的管压降几乎相同，因此绿色和蓝色发光二极管可以使用相同的硬件发光电路，接360Ω的电阻，其正常工作时的电路的总压降可以表示为360×0.01V+3×6 V=11.6V。经过实验测试，设计的电路系统可稳定工作，红、绿、蓝发光二极管可以正常发光，初步实现了预期效果。