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　　目前市場上有多種LED護欄管以及護欄管驅動芯片，本系統選用P9816芯片來驅動護欄管。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，段數越多，顯示的效果越好。該系統選用6段的護欄管，其中的發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個紅色發光二極管、6個綠色發光二極管、6個藍色發光二極管，每種顏色的二極管又可以實現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。根據用戶的需要，把護欄管排列成不同的形狀，串聯起來放在建筑物的四周或者道路兩側;也可以把若干護欄管組合成屏幕，顯示各種信息。護欄管級聯結構框圖如圖1所示。

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　　系統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驅動芯片，采用24 V直流穩壓電源(電源1)對護欄管上的發光二極管供電，通過電源電路把24 V電壓轉變成5 V(電源2)對單片機STC89C52和P9816驅動芯片供電。把效果文件放入被格式化過的SD卡中，利用控制器讀取SD卡中的內容并將數據送入護欄管顯示。本系統選用了高集成度的芯片，如單片機STC89C52、74HC245、P9816驅動芯片，硬件電路比較簡潔，便于設計和制作，方便實驗。

　　1.1 LED護欄管顯示設計

　　護欄管顯示部分包括P9816驅動電路、LED護欄管發光電路以及電源電路3部分。

　　1.1.1 P9816驅動電路設計

　　P9816作為護欄管的驅動芯片有以下優點：

　?、偎且豢钊庶c光源LED驅動芯片，采用CMOS工藝，提供9路恒流驅動及256級灰度調制輸出;使用1/2分頻技術，使1片IC能控制6個像素點，用于驅動顯示燈光變幻、彩色動漫圖案。

　?、诟鶕煌刂破骱涂蛻舨煌问揭?，進行脫機或聯機運行，可視效果分明，級聯方式簡單，數據傳輸穩定，抗干擾能力強。

　?、圩畲蟠休斎霐祿?a href="http://www.xsypw.cn/tags/時鐘/" target="_blank">時鐘頻率為10 MHz，數據信號鎖相再生，1 MHz數據傳輸速度下級聯點光源可達1 024個。

　　由此可見P9816是一種比較理想的LED護欄管驅動芯片。本文考慮到設計的復雜性和現有的軟硬件沒備，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，這樣就使整個系統相對較容易控制。給驅動芯片供電即可正常工作，P9816驅動電路如圖2所示。

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

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　　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SEL為高電平時，Q1導通，Q4的基極為低電平，從而使Q4導通;同時，Q2導通，Q3截止，Q5的基極為高阻態，從而Q5截止。利用Q4、Q5的開關特性通過DA、DB的高低電平不同來實現分時控制。

　　1.1.2 LED護欄管電路設計

　　P9816提供電流驅動，每路驅動的最大電流是26 mA，此電流可以使發光二極管能夠正常發光。LED護欄管電路如圖4所示。DA、DB電壓約為22 V，且流過發光二極管的電流約為10 mA時二極管即可正常發光。由于發光二極管的顏色不同，導致各個管壓降不同，紅色發光二極管的壓降為2 V，綠色和藍色發光二極管的壓降為3V。因此在紅色發光二極管的電路中使用了一個5.1 V的穩壓二極管進行降壓。并且電路接的電阻較大為510 Ω，紅色發光二極管的電路總壓降可以近似表示為5.1V+510x 0.01V+6×2 V=22.2V，符合電路設計要求;綠色和藍色發光二極管的管壓降幾乎相同，因此綠色和藍色發光二極管可以使用相同的硬件發光電路，接360Ω的電阻，其正常工作時的電路的總壓降可以表示為360×0.01V+3×6 V=11.6V。經過實驗測試，設計的電路系統可穩定工作，紅、綠、藍發光二極管可以正常發光，初步實現了預期效果。

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　　1.1.3 電源電路設計

　　發光二極管和P9816的工作電壓是不同的，P9816正常工作需要+5 V電源，當只提供24 V電源時，需要設計電路來得到5 V電壓。電源電路如圖5所示。

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　　電路中選用LM78L05作為穩壓器件，其輸出電流可為100mA。LM78L05長時間工作會發熱，加限流、分壓電阻R1，經測試得到LM78L05輸入端電壓為7.1V，因此LM78L05可以穩定工作在穩壓狀態。此電路既可以滿足各元器件的工作電壓，又極大地降低了電路成本，是一種比較理想的設計方案。

　　1.2 MCU控制器電路設計

　　控制器部分有STC89C52單片機、SD卡電路、74HC245驅動電路、電源以及液晶顯示5部分?？刂破鞑糠值恼w結構框圖如圖6所示。

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　　選用STC89C52單片機作為控制器，它是一款高速、低功耗和超強抗干擾的單片機。丁作電壓范圍為3.3～5.5 V，工作頻率為0～40 MHz，實際工作頻率可達48 MHz。此處選用5 V工作電壓，對于晶振電路，該系統選用的是頻率為27 MHz的石英晶振。在滿足控制要求的前提下又使此單片機的內部資源得到最大限度的利用。

　　利用74HC245總線驅動器，提高電路的帶負載能力。74HC245是高集成芯片，使用時接線簡單。將引腳1(DIR)接高電平，引腳19(OE)為使能端，若該腳為“1”則A/B端的信號將不導通，只有為“0”時A/B端才被啟用，該腳也就是起到開關的作用，所以正常使用時該引腳接地即可實現A端輸入、B端輸出。

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　　STC89C52與SD卡采用模擬串口通信，在控制器讀取SD卡中的效果文件時，SD卡中的護欄管點數和文件個數通過LCD1602顯示出來。電源采用圖5提供的5 V電壓供電。控制電路如圖7所示。復位電路選用了電容與電阻串聯的形式，電解電容C1=10μF，R1=1kΩ。

　　2 護欄管軟件設計

　　本系統很容易實現STC89C52單片機與P9816控制芯片通信。P9816通信協議與P9813兼容，P9816通信協議圖如圖8所示。

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　　前32位“0”為起始幀，在CIN上升沿時打入，并且時序DIN要先于CIN，標志位為2個“1”。校驗數據“B7”與“B6”為藍色灰度數據的“B7”與“B6”的反碼，灰度級數據要高位先入，并且是藍綠紅順序。

　　將已經包含效果文件的SD卡放入MCU控制器的卡槽中，當要求護欄管顯示內容時，可以直接打開開關。在程序的執行過程中，首先是讀取SD卡中的數據，為使程序能夠高效的運行，規定SD卡中的每個效果文件具有一定的格式：

　?、俚?個效果文件的第1個512字節中的前4個字節存放護欄管的點數(512點或1024點或其他);

　?、诘?個效果文件的第1個512字節中的第5個、第6個和第7個字節存放此SD卡中包含的效果文件的個數;

　?、鄣?個效果文件的第1個512字節中的第8個字節若為1，表示循環發送整個SD卡中的數據，為0表示只發送一次SD卡中的數據;

　?、軓牡?個效果文件的第2個512字節及其他的效果文件的第1個512字節開始存放護欄管的灰度數據。

　　STC89C52單片機中的程序和SD卡中的數據是嚴格遵守此規則的，制定此規則同時也具有加密的作用。然后進行數據分析，得到護欄管點數、文件個數以及數據的地址。最后按照P9816通信協議中的數據格式來發送數據。本系統的程序結構簡單，思路明確，系統程序流程圖如圖9所示。

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　　結語

　　本系統設計制作的護欄管完成了預期目標，軟硬件相結合取得了較好的實驗效果。實際中是動態的，根據SD卡中不同的數據顯示各種各樣的顏色和圖案。

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　　圖10為護欄管實物圖。本文設計的護欄管顯示控制系統，成本低、應用靈活、硬件電路設計制作相對比較簡單，非常適合用于城市夜化美化工程，具有較好的應用前景。