基于AVR的交通诱导屏显示单元控制系统设计

邢 磊，徐道连，邓继坤，余 建

（重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400030）

LED具有发光亮度强、工作寿命长和耗电低的特点，在可视距离内就算是阳光直射屏幕表面，显示内容也清晰可见。它的亮度可以通过调节工作电流和调节驱动电流的占空比来实现，并且具有超级的灰度调节。交通诱导屏通过显示单元发出红、绿、黄3种不同颜色的光来表示该路段的交通状况，其中红色表示拥堵或事故，绿色表示畅通，黄色表示交通状况一般。本文提出了一种基于两片ATmega8单片机的LED显示单元控制方案，其中单片机A用于接收主控制板的数据并解析，然后通过I/O口发送给单片机B来控制LED显示和亮度的调节。该方案可以实现8级亮度显示，其亮度可以根据光线的强弱自动调节LED的亮度，主要应用于室外交通诱导屏[1-2]。

1 系统整体设计方案

VMS显示单元控制系统采用两片ATmega8单片机的处理方案，其总体设计方案如图1所示。主控制板发送指令和数据，通过RS-485将数据传输到单片机A。单片机A把接收到的数据发送到I/O口同时把数据存储到外部的EEPROM，并通过外部中断的方式通知单片机B读取数据。外部EEPROM用于存储本机RS-485通信地址和接收到的数据，单片机A每次都要把接收的数据存储在EEPROM的指定位置以免断电数据丢失。单片机B把接收到的数据串行发送到74HC595转换成并行的数据输出。单片机B通过不断刷新74HC595的输出数据调节LED驱动电流的占空比以调节其亮度。

图1 系统整体方框图

2 系统硬件设计

2.1 通信模块电路

通信模块采用ATmega8作为控制芯片，采用内部8 MHz晶振，其电路连接图如图2所示。AT24C01A的SCL和SDA分别与ATmega8中的TWI接口相连接，SCL和SDA引脚要接上拉电阻，把不确定信号钳位在高电平，从而提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力。SIN0～SIN11引脚作为两个单片机直接的数据通信口，L0～L2作为光强的数据传输口，这 15个I/O口都要接下拉电阻。RS-485通信芯片采用的是SN75176，其引脚R和D都接到单片机的PD5。

图2 通信和数据处理模块

2.2 显示控制模块电路

显示控制模块由ATmega8和两片74HC595组成，其连接电路图如图3所示。74HC595的串行输入脚SER和移位控制引脚SRCLK分别连接到单片机SPI接口的MOSI和SCK引脚。

图3 显示控制模块

2.3 开关电路模块

开关电路模块由5551三极管和4953组成，其连接图如图4所示。74HC595的输出接到5551三极管的基极，5551的集电极采用+24 V电压供电。LED一般采用24 V电压供电，故红色和黄色与LED可以串联9个并串联一个100 Ω的电阻与4953连接，绿色LED可以串联6个并串联一个 200 Ω电阻连接到 4953。5551三极管的作用是把74HC595的5 V输出电平转换成开关4953需要的24 V电平。4953可以承载LED点亮所需要的电流。

图4 LED开关电路图

图5 数据处理程序和RS-485通信程序

3 系统软件设计

系统软件设计包括通信和数据处理模块以及显示控制模块的两部分。

3.1 通信和数据处理模块程序

单片机A完成数据的处理和RS-485通信，其程序由数据处理程序和RS-485通信程序两部分组成，如图5所示。

3.2 显示控制模块程序

显示控制模块程序由显示主程序和中断服务程序组成。显示子程序控制LED的显示和亮度，中断服务程序用来接收单片机A发出的数据。显示主程序的流程图如图6所示，中断服务程序的流程图如图7所示。显示子模块部分程序代码如下：

SPI初始化函数代码如下：

SPI向74HC595发送数据函数代码如下：

图6 显示主程序

图7 中断服务程序

用脉冲宽度调制来控制LED显示和亮度的控制程序如下所示。其中，变量brt中存储的是LED的亮度控制字，data1和data2存储的是红绿黄LED灯的控制字。

本文以ATmega8单片机为硬件基础，设计了VMS显示单元控制系统的硬件电路和软件，实现了LED的亮度随室外光线的变换而变化。本设计具有很强的扩展性，并且采用了ISP功能，为电路板的调试和系统的维护带来了很大的方便。实验证明，本控制系统可以很好地控制LED的亮度，保证LED点阵显示屏清晰、不刺眼，有很好的应用价值。

[1]王浩然，秦会斌.LED点阵屏显示单元的设计与驱动控制[J].电子器件，2010，33（5）：550-552.

[2]廖继海，梁志明，罗广君，等.基于 AVR单片机的 LED显示屏的灰度设计与实现 [J].现代电子技术，2007，30（3）：189-191.