基于STC11L08的动画显示控制器

2011-08-16曾和兰刘登桃

长春工业大学学报 2011年4期

曾和兰, 刘登桃

(广东纺织职业技术学院,广东佛山 528041)

0 引言

发光二极管LED亮度高、使用寿命长、色彩鲜艳、组态灵活、对室内外环境适应能力强[1],因此LED应用广泛[2]。LED显示屏是利用 LED点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕,LED屏幕较为广泛的应用是在字符显示方面[3],如火车站的列车时刻表、票价情况显示以及证券银行业的汇率、利率等的显示,因为文字数字的点阵信息都有成熟的点阵模块。但LED屏幕显示在显示图像方面应用范围相对较少,主要原因是得到图像的点阵信息的成本较高。文中介绍一种基于STC11L08、无需PC机监控、可脱机运行的低成本、高性价比的LED动画图像显示控制器,本控制器现已在广州新智杰电子厂正式应用投产。

1 控制器

需要显示的文字或动画信息事先用PC机编辑、转换成相应格式的数据信息,存储在通用的SD卡上。控制器的功能主要是接收SD卡上的显示文件,并根据实际应用需要驱动LED显示。如果整个LED显示控制规模简单,只需要一块单片机控制板直接通过LED驱动电路驱动LED;如果显示规模相对复杂,比如较高大的建筑物外墙景观LED,则控制器需要由多个单片机控制板组成,其中一个为控制主板,其余单片机控制板为分控板,通过控制主板连接若干分控板,分区协调控制显示输出。整个控制显示系统无需PC机进行运行监控,只需将要编辑好的显示文件存入SD卡,将SD卡插入单片机控制板,即可脱机运行。文中介绍的控制器属于前一种情况,只需一个单片机控制板直接驱动LED显示。

2 硬件设计

控制器电路主要包括SD卡接口电路、信号放大电路及LED输出显示电路3个部分,控制板结构框图如图1所示。

图1 显示控制板电路框图

控制主板核心选用STC11L08单片机,STC11L08系列单片机是宏晶科技设计生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8～12倍。内部集成高可靠复位电路,适用于高速通信、智能控制、强干扰场合。STC11 L08系列单片机的定时器0、定时器1、串行口与传统8051兼容,增加了独立波特率发生器[4]。

2.1 SD卡接口电路设计

SD卡在日常生活与工作中使用非常广泛,时下已经成为最为通用的数据存储卡。在诸如MP3、数码相机等设备上也都采用SD卡作为其存储设备。SD卡之所以得到如此广泛的使用,是因为它价格低廉、存储容量大、使用方便、通用性与安全性强等优点[5]。本系统中,选择用SD卡存储经过格式转换过的动画信息,SD卡与STC11L08的接口电路如图2所示。

图2 SD卡接口电路

STC11L08对SD卡的读写操作采用SPI通讯方式,SPI协议较为简单,没有握手机制,数据传输效率高,速率快,通常应用中可达几Mbps;此外SPI是全双工通信,可同时发送和接收数据[6]。SD卡与STC11L08进行数据通讯信号有片选、数据写入、数据读出、同步时钟及SD卡是否插入判断信号。

2.2 LED显示信号放大电路设计

STC11L08总线端口虽然有一定的负载能力,但是考虑到所带LED显示负载较重,因此选择SN74HC245N驱动芯片,提高STC11L08的带负载能力。SN74HC245N是典型的T TL型三态缓冲门电路,SN74HC245N后接LED显示电路,驱动芯片与主控板单片机的连接如图3所示。

图3 LED显示信号放大电路图

2.3 LED显示电路设计

LED驱动电路的核心器件是 LED驱动芯片,本系统LED显示电路如图4所示。

图4 LED显示电路图

本设计采用的驱动芯片是T PIC6B595,它是一种单片、高电压、中等电流的功率8位移位寄存器,是专为用户需要相对高的负载功率系统设计的。它包括一个8位的串入、并出移位寄存器,数据分别在移位寄存器时钟SRCK和寄存器时钟RCK的上升沿传输到移位寄存器和储存寄存器,当移位寄存器清零端/SRCLK为高时,储存寄存器传输数据到数据缓冲器,当/SRCLK为低时,输入端的移位寄存器被清零。串行输出端SER OUT允许将移位寄存器与其它器件的数据级联起来传送。

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

3 软件设计

单片机读取SD卡数据的流程如图5所示。

显示控制板中STC11L08动态读取SD卡中的动画数据,同时输出给SN74HC245N放大显示信号,再通过显示驱动电路最终驱动LED显示动画。

其中标题块中的内容主要包括:块标志信息、主控单元挂接分控单元的数目、数据灰度格式、总数据帧数、有效数据长度等信息。标题块后面紧跟的是若干数据帧,每个数据帧的长度是512个字节,描述的是每帧画面上的颜色数据。数据帧数据包括:标志字节、帧序号、分控地址号及颜色数据等信息。

4 结语

本控制器适用于控制规模较小的场合。如果控制规模比较大,一个单片机控制板不够,可以通过外接控制板来驱动LED显示,其中一个作为主控板,其余为分控板。

LED照明是半导体技术为人类文明和社会发展做出的又一大贡献,LED照明技术被公认为是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。它在引发照明革命的同时,也将为推动节能、环保、建立节约型社会做出重大贡献[7]。随着LED照明技术的不断升级和完善,尤其是随着国家节能减排政策的制定和推广,从中央到地方政府,从照明设计师到终端业主,在工程照明领域掀起了LED热[8]。LED控制系统可以广泛地应用到显示屏、交通标志、建筑景观照明等领域。