基于AVR的交通誘導屏顯示單元控制系統設計

邢 磊，徐道連，鄧繼坤，余 建

（重慶大學 光電技術及系統教育部重點實驗室，重慶 400030）

LED具有發光亮度強、工作壽命長和耗電低的特點，在可視距離內就算是陽光直射屏幕表面，顯示內容也清晰可見。它的亮度可以通過調節工作電流和調節驅動電流的占空比來實現，并且具有超級的灰度調節。交通誘導屏通過顯示單元發出紅、綠、黃3種不同顏色的光來表示該路段的交通狀況，其中紅色表示擁堵或事故，綠色表示暢通，黃色表示交通狀況一般。本文提出了一種基于兩片ATmega8單片機的LED顯示單元控制方案，其中單片機A用于接收主控制板的數據并解析，然后通過I/O口發送給單片機B來控制LED顯示和亮度的調節。該方案可以實現8級亮度顯示，其亮度可以根據光線的強弱自動調節LED的亮度，主要應用于室外交通誘導屏[1-2]。

1 系統整體設計方案

VMS顯示單元控制系統采用兩片ATmega8單片機的處理方案，其總體設計方案如圖1所示。主控制板發送指令和數據，通過RS-485將數據傳輸到單片機A。單片機A把接收到的數據發送到I/O口同時把數據存儲到外部的EEPROM，并通過外部中斷的方式通知單片機B讀取數據。外部EEPROM用于存儲本機RS-485通信地址和接收到的數據，單片機A每次都要把接收的數據存儲在EEPROM的指定位置以免斷電數據丟失。單片機B把接收到的數據串行發送到74HC595轉換成并行的數據輸出。單片機B通過不斷刷新74HC595的輸出數據調節LED驅動電流的占空比以調節其亮度。

圖1 系統整體方框圖

2 系統硬件設計

2.1 通信模塊電路

通信模塊采用ATmega8作為控制芯片，采用內部8 MHz晶振，其電路連接圖如圖2所示。AT24C01A的SCL和SDA分別與ATmega8中的TWI接口相連接，SCL和SDA引腳要接上拉電阻，把不確定信號鉗位在高電平，從而提高芯片輸入信號的噪聲容限增強抗干擾能力。SIN0～SIN11引腳作為兩個單片機直接的數據通信口，L0～L2作為光強的數據傳輸口，這 15個I/O口都要接下拉電阻。RS-485通信芯片采用的是SN75176，其引腳R和D都接到單片機的PD5。

圖2 通信和數據處理模塊

2.2 顯示控制模塊電路

顯示控制模塊由ATmega8和兩片74HC595組成，其連接電路圖如圖3所示。74HC595的串行輸入腳SER和移位控制引腳SRCLK分別連接到單片機SPI接口的MOSI和SCK引腳。

圖3 顯示控制模塊

2.3 開關電路模塊

開關電路模塊由5551三極管和4953組成，其連接圖如圖4所示。74HC595的輸出接到5551三極管的基極，5551的集電極采用+24 V電壓供電。LED一般采用24 V電壓供電，故紅色和黃色與LED可以串聯9個并串聯一個100 Ω的電阻與4953連接，綠色LED可以串聯6個并串聯一個 200 Ω電阻連接到 4953。5551三極管的作用是把74HC595的5 V輸出電平轉換成開關4953需要的24 V電平。4953可以承載LED點亮所需要的電流。

圖4 LED開關電路圖

圖5 數據處理程序和RS-485通信程序

3 系統軟件設計

系統軟件設計包括通信和數據處理模塊以及顯示控制模塊的兩部分。

3.1 通信和數據處理模塊程序

單片機A完成數據的處理和RS-485通信，其程序由數據處理程序和RS-485通信程序兩部分組成，如圖5所示。

3.2 顯示控制模塊程序

顯示控制模塊程序由顯示主程序和中斷服務程序組成。顯示子程序控制LED的顯示和亮度，中斷服務程序用來接收單片機A發出的數據。顯示主程序的流程圖如圖6所示，中斷服務程序的流程圖如圖7所示。顯示子模塊部分程序代碼如下：

SPI初始化函數代碼如下：

SPI向74HC595發送數據函數代碼如下：

圖6 顯示主程序

圖7 中斷服務程序

用脈沖寬度調制來控制LED顯示和亮度的控制程序如下所示。其中，變量brt中存儲的是LED的亮度控制字，data1和data2存儲的是紅綠黃LED燈的控制字。

本文以ATmega8單片機為硬件基礎，設計了VMS顯示單元控制系統的硬件電路和軟件，實現了LED的亮度隨室外光線的變換而變化。本設計具有很強的擴展性，并且采用了ISP功能，為電路板的調試和系統的維護帶來了很大的方便。實驗證明，本控制系統可以很好地控制LED的亮度，保證LED點陣顯示屏清晰、不刺眼，有很好的應用價值。

[1]王浩然，秦會斌.LED點陣屏顯示單元的設計與驅動控制[J].電子器件，2010，33（5）：550-552.

[2]廖繼海，梁志明，羅廣君，等.基于 AVR單片機的 LED顯示屏的灰度設計與實現 [J].現代電子技術，2007，30（3）：189-191.