16路恒流LED驅(qū)動芯片實現(xiàn)護欄燈

LED護欄燈是以熒光燈管或LED作為光源，以連續(xù)的護欄為載體，形成近似線性的護欄燈帶。本文主要介紹基于16路恒流LED驅(qū)動芯片的護欄燈解決方案。該方案主要由以下幾部分組成：(1)以STC11F02單片機為主的主控電路，其主要功能是產(chǎn)生SPI控制信號;(2)以LN0134為核心的LED驅(qū)動電路，其主要功能利用它的16通道恒流來帶載LED;(3)電源輸入電壓轉(zhuǎn)換電路、供給LED電源電路，其主要是完成對電路保護、芯片供電、LED燈供電等功能。

　　主要芯片功能簡介

　　LN0134是南麟電子開發(fā)的一款16路恒流LED驅(qū)動芯片，該芯片內(nèi)建了16位CMOS移位寄存器和輸出鎖存器，可以將輸入的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成并行輸出格式，從而控制16個輸出電流源，在每個輸出端可以不受負載影響提供3～45mA的恒定并且一致的電流用以驅(qū)動LED。通過調(diào)整外接電阻的大小可調(diào)整輸出電流，從而輕松控制 LED的發(fā)光亮度，也可以通過在使能端(OE)輸入PWM信號來調(diào)整所有LED的平均電流。同時它還支持SPI通信協(xié)議，使得我們很容易控制通信的數(shù)據(jù)，因此它成為驅(qū)動LED的最佳IC之一。

　　STC11F02單片機內(nèi)部嵌有2K的FLASH程序存儲空間和256B的SRAM存儲區(qū);該芯片擁有先進的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通的8051指令集，具有硬件乘法和除法指令，而且無需編程器和仿真器，可以遠程升級。本方案利用其高速、低成本、精簡的I/O口的優(yōu)勢，模擬出SPI協(xié)議實現(xiàn)對其他IC的通信控制。

　　護欄燈設(shè)計方案

　　1) 硬件電路設(shè)計與原理

　　該方案的基本原理是：單片機模擬SPI協(xié)議，通過發(fā)送數(shù)據(jù)到LN0134驅(qū)動芯片內(nèi)，由LN0134內(nèi)部硬件電路實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串入并出，驅(qū)動16×3顆LED，然后通過改變數(shù)據(jù)來控制LED燈的變化，實現(xiàn)不同的LED燈的組合，如：流水燈、對閃爍、跳變、呼吸等效果。本方案電路是在硬件環(huán)境PADS下完成的，為了節(jié)約成本，所生成的PCB文件也都是單面板。

　　2) MCU控制信號電路

　　圖1是MCU控制電路圖。由主控芯片產(chǎn)生的控制信號有：(1)SPI控制信號，包括：OE、SDIO、SCLK、LE四個端口;(2)LED電源使能信號，包括：CONTROL1、CONTROL2兩個端口。

　　MCU控制電路圖

　　3) LN0134應(yīng)用電路

　　LN0134應(yīng)用電路如圖所示。LED驅(qū)動芯片接收單片機發(fā)送的SPI信號，不同的SDIO數(shù)據(jù)，會得到不同的OUT0至OUT15的數(shù)據(jù)，從而驅(qū)動LED產(chǎn)生不同的變化效果。LN0134芯片支持多芯片級聯(lián)，通過數(shù)據(jù)口SDO端，連接下一個芯片的SDI端口，以此類推。長距離的護欄燈方案設(shè)計，只需要將一個個小單元級聯(lián)起來就能完成。設(shè)置R30的阻值可改變輸出電流值，從而省去了多路限流的麻煩。

　　LN0134應(yīng)用電路圖

　　4) 電源供給電路

　　電源供給電路如圖所示。本電路支持12V至15V的輸入電壓，經(jīng)過整流橋可避免正負極的接反。經(jīng)過IC1可得到5V的供電電壓，為單片機和LN0134芯片提供了電源;經(jīng)過IC2~IC6可完成對LED燈組的供電，并由單片機提供的CONTROL1和CONTROL2口來控制POVER1和POVER2供電的關(guān)和開。

　　供電電路圖5) 軟件設(shè)計

　　軟件設(shè)計是整個方案的經(jīng)脈，它直接決定了整個方案的運行質(zhì)量和效率，同時是體現(xiàn)出方案的功能及可靠性。STC11F02芯片的片內(nèi)程序是在軟件開發(fā)環(huán)境Keil uVision2下進行編寫的，該程序的重點在于模擬SPI通信協(xié)議，理論設(shè)計的時序波形如圖所示。軟件代碼由C語言實現(xiàn)，通過示波器觀測到單片機模擬出來的SPI波形如圖5所示。其中Tek1為SDI;TeK2為CLK;TeK3為LE;TeK4為OE，滿足設(shè)計要求。

　　SPI時序圖

　　SPI波形

　　首先將SPI模擬程序模塊化，主要是為了方便調(diào)用;在整個流程中改變最多的是緩沖器內(nèi)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)改變，相應(yīng)的顯示效果就會變化;連續(xù)的數(shù)據(jù)變化產(chǎn)生了不同的點燈，這也就展現(xiàn)了護欄燈多彩耀眼的特色。

　　本文小結(jié)

　　本護欄燈設(shè)計方案是1米長的單元模塊，更長的護欄距離需要將這些小單元級聯(lián)起來，提高控制信號的驅(qū)動能力即可。選取16通道的LN0134芯片是為了提高LED燈的數(shù)量，依照芯片的性能參數(shù)，改變電源的供給電路可更好地擴展應(yīng)用電路，驅(qū)動更多LED燈。選取STC11F02芯片是為了節(jié)約成本，簡化主控單元。本方案總體設(shè)計遵循了可靠、簡單、實用的原則，為更多的護欄效果提供了借鑒和幫助。