单片机的LED轮廓显示控制器设计原理

其中最小系统采用STC12C5608单片机。电源输入部分允许交流或直流9~36 V输入，通过DB107交流桥与LM2575高性能稳压芯片保证系统5 V供电。LED动态显示部分采用4个8位LED数码管，显示控制速度00-15,显示输出模式00-99.485输出部分采用3个瞬态抑制二级提高485芯片实际使用寿命。

2.2 从控制器硬件设计

主控制器包括STC单片机最小系统，交流信号输入部分，485收发模块部分，输出电路4部分集成。主控制器电器原理图如图3所示。

图3 从控制器电气原理图

从系统结构图1中可知，485总线网络采用星形结构，一个主机和若干台从机，主机只发送数据，从机只接收数据，属于单功方式。实际应用时，当主控制器距现场较远时，为了省通信接线，并简化连接结构。将星形连接结构变成如图4所示连接方式。

图4 主从式实际通信连接方案示意图

因此从控制器的485收发模块包括一个接收模块和一个发送模块。从图3中可以看出接收部分得到信号未进入单片机就直接通过发送模块送出。既完成了控制要求，又简化了连接方式。

3 系统软件设计

系统软件设计包括上位机软件的设计、下位机程序设计两部分。上位机软件完成LED轮廓控制效果编辑与转换，然后直接修改下位机程序的BIN文件。下位机程序程序效果数据解释并执行。

3.1 轮廓色带数据设计

由于单片机内部程序空间有限，数据处理能力有限，所以需要用简洁的数据模型表示LED变换效果。因此本文设计了一种色带数据格式和特效数据格式。具体内容如表1所示。

表1 色带数据格式说明

从表1可知一个色带由7字节数据组成，表示一个最小渐变过程，如表1示例数据即表示从红色经过31级渐变变换成绿色。将所有上位机设计的变换效果需要的渐变过程按顺序生成一个数据。每一个特效数据由N个最小渐变色带数据组成，因此表示一个特效时只需指明包含的色带数和各个色带数据序号即可。这样便于基本色带的重复使用，节省了有限的程序存储空间，实现了控制要求。

3.2 主控制器软件设计

主控制器程序按循环扫描方式工作。在程序初始化后，进行按键扫描工作。按键事件有5个，分别是速度加、速度减、模式加、模式减和复位。LED显示屏的刷新率一般为15帧/秒，根据不同速度设置不同的刷新率，轮廓控制中每帧只更新一组数据，数据传输量较小，所以当到达设定时间后才发送相应的显示数据。每个扫描周期最后更新4位LED中的一位，然后修改位地址为下一个扫描周期做准备。具体的程序流程图如图5所示。

图5 主控制器工作流程图