孫瑩瑩，鄧桂芳

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州510900）

發(fā)光二極管燈光控制及驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

孫瑩瑩，鄧桂芳

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州510900）

設(shè)計(jì)了一種發(fā)光二極管（LED）燈條的燈光控制及驅(qū)動(dòng)模塊。該設(shè)計(jì)可用于一般沙盤模型的展示裝置中，在沙盤模型上嵌套LED燈帶，可實(shí)現(xiàn)LED燈的流水燈效果，并能通過計(jì)算機(jī)控制，在沙盤上的不同燈帶中選擇開關(guān)，加強(qiáng)演示效果，使沙盤展品更加吸引眼球。

發(fā)光二極管；LED燈帶；驅(qū)動(dòng)模塊；控制模塊

沙盤展示模型由于其突出的演示效果受到了眾多需要進(jìn)行產(chǎn)品推廣的企事業(yè)單位的青睞，為了使沙盤模型更加吸引眼球，通過在沙盤模型上嵌套LED燈帶，可以使得觀看者對(duì)展示物有更加直觀的感受。本文介紹了一種發(fā)光二極管（LED）燈條的燈光控制及驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：基于CD4017的LED燈帶驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)，基于PIC-16F877A單片機(jī)的控制模塊的設(shè)計(jì)，配合Flash展示效果的上下位機(jī)的程序設(shè)計(jì)。

1 LED燈帶驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)

為了使LED燈帶實(shí)現(xiàn)流水燈顯示的功能，要為L(zhǎng)ED燈帶設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊。一條LED燈帶是若干個(gè)LED（大于50個(gè)）并聯(lián)組成的，所以要實(shí)現(xiàn)各個(gè)燈的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，就需要特定的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。本文介紹的驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)，主要是采用CD4017配合NE555實(shí)現(xiàn)的。下面是具體實(shí)現(xiàn)方法的介紹。

1.1 時(shí)鐘和驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生模塊

時(shí)鐘和驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生模塊的作用是為驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供脈沖時(shí)鐘，并為L(zhǎng)ED燈提供按順序點(diǎn)亮和熄滅的信號(hào)。

模塊由1塊NE555芯片和外圍電路、4塊CD4017約翰遜計(jì)數(shù)器構(gòu)成。其中，555芯片3腳輸出接CD4017的時(shí)鐘輸入端，4塊CD4017依次級(jí)聯(lián)，可以順序輸出24個(gè)高電平。如果一個(gè)高電平輸出驅(qū)動(dòng)四五個(gè)LED燈，則足夠用以驅(qū)動(dòng)一條長(zhǎng)約1.5 m的LED燈帶。模塊電路圖如圖1所示。

CD4017是十進(jìn)制計(jì)數(shù)/分頻器，它的內(nèi)部由計(jì)數(shù)器和譯碼器2部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)的分配，整個(gè)輸出時(shí)序如圖2所示。通過選取合適的電阻阻值，可以實(shí)現(xiàn)不同的流水燈燈光亮滅的速度。

1.2 三極管驅(qū)動(dòng)模塊

三極管驅(qū)動(dòng)模塊的主要作用是增強(qiáng)CD4017的輸出驅(qū)動(dòng)能力。LED是一種電流驅(qū)動(dòng)型器件，最大電流在1.5A左右。如果電流過大，很容易將LED燒壞；如果電流過小，則LED的亮度會(huì)受影響。如何控制通過LED的電流，是LED驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。

圖1 驅(qū)動(dòng)板時(shí)鐘發(fā)生模塊

圖2 CD4017輸出時(shí)序

采用三極管作為L(zhǎng)ED的驅(qū)動(dòng)器件，可以充分利用三極管的電流特性，輕易地驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED。在本文的設(shè)計(jì)中，采用24個(gè)三極管和3個(gè)排式插針接線柱實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理，選擇合適的器件及相關(guān)封裝，用Protel DXP繪制印刷電路板如圖3所示。

2 LED選通和控制模塊的制作

完成LED驅(qū)動(dòng)模塊以后，由于該模塊上沒有集成選通功能，需要另外制作一個(gè)LED選通電路板，作為單片機(jī)控制板與驅(qū)動(dòng)板之間的連接部件。

選通LED驅(qū)動(dòng)板的設(shè)計(jì)有3種方法，即直接采用三極管開關(guān)、采用光耦搭配三極管開關(guān)和采用繼電器開關(guān)。

考慮到單片機(jī)與LED驅(qū)動(dòng)采用的是不同的電壓，直接采用三極管來選通的方法明顯是不可行的；采用光耦搭配三極管選通，可以實(shí)現(xiàn)不同電壓之間的切換，但是需要兩三個(gè)三極管和一個(gè)光耦，元件較多，連接電路圖也比較復(fù)雜；采用繼電器來選通，不但可以用低電壓輕松通斷高電壓，而且穩(wěn)定性極好，采用元件少，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單。綜合考慮以上3種方案，最后決定采用繼電器來實(shí)現(xiàn)電路選通的方法。具體的電路圖及相關(guān)實(shí)現(xiàn)方法如圖4所示。

圖3 驅(qū)動(dòng)板PCB板圖

圖4 單片機(jī)選通繼電器電路圖

圖5 最后成型的電路板

選通電路板完成之后，進(jìn)行單片機(jī)控制板與選通板的聯(lián)調(diào)。本文采用MICROCHIP公司的PIC系列型號(hào)作為16F877A的單片機(jī)，LED驅(qū)動(dòng)板的選通、上位機(jī)串口指令的接收與發(fā)送都要通過它來完成。

單片機(jī)控制板采用一塊877最小系統(tǒng)板，該電路板上集成了電源、時(shí)鐘晶振、串口通訊等模塊，而且877每個(gè)管腳都用排式插針連出，可以方便地與選通板通過導(dǎo)線相連。最后成型的電路板如圖5所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)選通功能，首先需要確定IO管腳的分配，在實(shí)際應(yīng)用中可以按照沙盤模型上的LED燈帶數(shù)目來分配。分配好管腳，進(jìn)行編程。需要實(shí)現(xiàn)的功能包括以下3個(gè)方面：①與PC上位機(jī)的串口通訊；②根據(jù)串口傳來的數(shù)據(jù)，自動(dòng)選通LED燈；③配合Flash演講，實(shí)現(xiàn)LED檢測(cè)燈與故障燈之間的延時(shí)。根據(jù)上述要求，設(shè)計(jì)程序流程如圖6所示。

圖6 程序流程圖

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種發(fā)光二極管LED燈條的驅(qū)動(dòng)和控制模塊。該模塊成功應(yīng)用于沙盤演示模型中，可靠性高、操作方便，極大地增強(qiáng)了沙盤模型的演示效果，是一種適合推廣的設(shè)計(jì)。

［1］閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.第四版.北京：高等教育出版社，1998.

［2］張明鋒.PIC單片機(jī)入門與實(shí)戰(zhàn)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

［3］譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)［M］.第三版.北京：清華大學(xué)出版社，2006.

〔編輯：劉曉芳〕

TM923.34；TP273

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.130

2095－6835（2017）14－0130－02