基于STC11L08的動畫顯示控制器

曾和蘭, 劉登桃

(廣東紡織職業技術學院,廣東佛山 528041)

0 引 言

發光二極管LED亮度高、使用壽命長、色彩鮮艷、組態靈活、對室內外環境適應能力強[1],因此LED應用廣泛[2]。LED顯示屏是利用 LED點陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕,LED屏幕較為廣泛的應用是在字符顯示方面[3],如火車站的列車時刻表、票價情況顯示以及證券銀行業的匯率、利率等的顯示,因為文字數字的點陣信息都有成熟的點陣模塊。但LED屏幕顯示在顯示圖像方面應用范圍相對較少,主要原因是得到圖像的點陣信息的成本較高。文中介紹一種基于STC11L08、無需PC機監控、可脫機運行的低成本、高性價比的LED動畫圖像顯示控制器,本控制器現已在廣州新智杰電子廠正式應用投產。

1 控制器

需要顯示的文字或動畫信息事先用PC機編輯、轉換成相應格式的數據信息,存儲在通用的SD卡上。控制器的功能主要是接收SD卡上的顯示文件,并根據實際應用需要驅動LED顯示。如果整個LED顯示控制規模簡單,只需要一塊單片機控制板直接通過LED驅動電路驅動LED;如果顯示規模相對復雜,比如較高大的建筑物外墻景觀LED,則控制器需要由多個單片機控制板組成,其中一個為控制主板,其余單片機控制板為分控板,通過控制主板連接若干分控板,分區協調控制顯示輸出。整個控制顯示系統無需PC機進行運行監控,只需將要編輯好的顯示文件存入SD卡,將SD卡插入單片機控制板,即可脫機運行。文中介紹的控制器屬于前一種情況,只需一個單片機控制板直接驅動LED顯示。

2 硬件設計

控制器電路主要包括SD卡接口電路、信號放大電路及LED輸出顯示電路3個部分,控制板結構框圖如圖1所示。

圖1 顯示控制板電路框圖

控制主板核心選用STC11L08單片機,STC11L08系列單片機是宏晶科技設計生產的單時鐘/機器周期(1T)的單片機,是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代單片機,指令代碼完全兼容傳統8051,但速度快8～12倍。內部集成高可靠復位電路,適用于高速通信、智能控制、強干擾場合。STC11 L08系列單片機的定時器0、定時器1、串行口與傳統8051兼容,增加了獨立波特率發生器[4]。

2.1 SD卡接口電路設計

SD卡在日常生活與工作中使用非常廣泛,時下已經成為最為通用的數據存儲卡。在諸如MP3、數碼相機等設備上也都采用SD卡作為其存儲設備。SD卡之所以得到如此廣泛的使用,是因為它價格低廉、存儲容量大、使用方便、通用性與安全性強等優點[5]。本系統中,選擇用SD卡存儲經過格式轉換過的動畫信息,SD卡與STC11L08的接口電路如圖2所示。

圖2 SD卡接口電路

STC11L08對SD卡的讀寫操作采用SPI通訊方式,SPI協議較為簡單,沒有握手機制,數據傳輸效率高,速率快,通常應用中可達幾Mbps;此外SPI是全雙工通信,可同時發送和接收數據[6]。SD卡與STC11L08進行數據通訊信號有片選、數據寫入、數據讀出、同步時鐘及SD卡是否插入判斷信號。

2.2 LED顯示信號放大電路設計

STC11L08總線端口雖然有一定的負載能力,但是考慮到所帶LED顯示負載較重,因此選擇SN74HC245N驅動芯片,提高STC11L08的帶負載能力。SN74HC245N是典型的T TL型三態緩沖門電路,SN74HC245N后接LED顯示電路,驅動芯片與主控板單片機的連接如圖3所示。

圖3 LED顯示信號放大電路圖

2.3 LED顯示電路設計

LED驅動電路的核心器件是 LED驅動芯片,本系統LED顯示電路如圖4所示。

圖4 LED顯示電路圖

本設計采用的驅動芯片是T PIC6B595,它是一種單片、高電壓、中等電流的功率8位移位寄存器,是專為用戶需要相對高的負載功率系統設計的。它包括一個8位的串入、并出移位寄存器,數據分別在移位寄存器時鐘SRCK和寄存器時鐘RCK的上升沿傳輸到移位寄存器和儲存寄存器,當移位寄存器清零端/SRCLK為高時,儲存寄存器傳輸數據到數據緩沖器,當/SRCLK為低時,輸入端的移位寄存器被清零。串行輸出端SER OUT允許將移位寄存器與其它器件的數據級聯起來傳送。

其中,SRCK和RCK一起接控制板SN74HC245N的 CLK信號,SERIN接SN74HC245N的DAT,/SRCLK接SN74HC245N的STB。

3 軟件設計

單片機讀取SD卡數據的流程如圖5所示。

顯示控制板中STC11L08動態讀取SD卡中的動畫數據,同時輸出給SN74HC245N放大顯示信號,再通過顯示驅動電路最終驅動LED顯示動畫。

其中標題塊中的內容主要包括:塊標志信息、主控單元掛接分控單元的數目、數據灰度格式、總數據幀數、有效數據長度等信息。標題塊后面緊跟的是若干數據幀,每個數據幀的長度是512個字節,描述的是每幀畫面上的顏色數據。數據幀數據包括:標志字節、幀序號、分控地址號及顏色數據等信息。

4 結 語

本控制器適用于控制規模較小的場合。如果控制規模比較大,一個單片機控制板不夠,可以通過外接控制板來驅動LED顯示,其中一個作為主控板,其余為分控板。

LED照明是半導體技術為人類文明和社會發展做出的又一大貢獻,LED照明技術被公認為是21世紀最具發展前景的高技術領域之一。它在引發照明革命的同時,也將為推動節能、環保、建立節約型社會做出重大貢獻[7]。隨著LED照明技術的不斷升級和完善,尤其是隨著國家節能減排政策的制定和推廣,從中央到地方政府,從照明設計師到終端業主,在工程照明領域掀起了LED熱[8]。LED控制系統可以廣泛地應用到顯示屏、交通標志、建筑景觀照明等領域。

圖5 讀取SD卡數據程序框圖

[1]張瑩.電視臺演播室LED顯示屏的安裝調試[J].視聽界:廣播電視技術,2007(6):47-53.

[2]楊蕾玉,余洋,董天文.磁通門磁力儀中的時鐘電路設計[J].長春工業大學學報:自然科學版,2009,30(6):711-717.

[3]盧小雷,李寒.將色彩進行到底[J].個人電腦,2008(10):169-193.

[4]STC11/10xx系列單片機[EB/OL][2011-05-20].http://apps.hi.baidu.com/share/detail/21316960.

[5]高美珍.基于嵌入式系統的MP3播放器設計[J].湖北師范學院學報:自然科學版,2010(4):93-98.

[6]陳格平.移動外場轉播系統:亞運會CCTV-5演播室系統的設計[J].現代電視技術,2011(1):44-47.

[7]宋菲君,張莉.激光五十華誕[J].物理,2010,7:445-461.

[8]秩名.大熱背后的理性呼喚:2009LED應用產品現狀與趨勢分析研討會[J].中國照明電器,2009(3):44.