發光二極管燈光控制及驅動模塊設計

孫瑩瑩，鄧桂芳

（廣東水利電力職業技術學院，廣東廣州510900）

發光二極管燈光控制及驅動模塊設計

孫瑩瑩，鄧桂芳

（廣東水利電力職業技術學院，廣東廣州510900）

設計了一種發光二極管（LED）燈條的燈光控制及驅動模塊。該設計可用于一般沙盤模型的展示裝置中，在沙盤模型上嵌套LED燈帶，可實現LED燈的流水燈效果，并能通過計算機控制，在沙盤上的不同燈帶中選擇開關，加強演示效果，使沙盤展品更加吸引眼球。

發光二極管；LED燈帶；驅動模塊；控制模塊

沙盤展示模型由于其突出的演示效果受到了眾多需要進行產品推廣的企事業單位的青睞，為了使沙盤模型更加吸引眼球，通過在沙盤模型上嵌套LED燈帶，可以使得觀看者對展示物有更加直觀的感受。本文介紹了一種發光二極管（LED）燈條的燈光控制及驅動模塊的設計，設計內容包括：基于CD4017的LED燈帶驅動模塊的設計，基于PIC-16F877A單片機的控制模塊的設計，配合Flash展示效果的上下位機的程序設計。

1 LED燈帶驅動模塊的設計

為了使LED燈帶實現流水燈顯示的功能，要為LED燈帶設計一個驅動模塊。一條LED燈帶是若干個LED（大于50個）并聯組成的，所以要實現各個燈的單獨驅動，就需要特定的驅動設計。本文介紹的驅動模塊的設計，主要是采用CD4017配合NE555實現的。下面是具體實現方法的介紹。

1.1 時鐘和驅動信號發生模塊

時鐘和驅動信號發生模塊的作用是為驅動信號提供脈沖時鐘，并為LED燈提供按順序點亮和熄滅的信號。

模塊由1塊NE555芯片和外圍電路、4塊CD4017約翰遜計數器構成。其中，555芯片3腳輸出接CD4017的時鐘輸入端，4塊CD4017依次級聯，可以順序輸出24個高電平。如果一個高電平輸出驅動四五個LED燈，則足夠用以驅動一條長約1.5 m的LED燈帶。模塊電路圖如圖1所示。

CD4017是十進制計數/分頻器，它的內部由計數器和譯碼器2部分組成，由譯碼輸出實現對脈沖信號的分配，整個輸出時序如圖2所示。通過選取合適的電阻阻值，可以實現不同的流水燈燈光亮滅的速度。

1.2 三極管驅動模塊

三極管驅動模塊的主要作用是增強CD4017的輸出驅動能力。LED是一種電流驅動型器件，最大電流在1.5A左右。如果電流過大，很容易將LED燒壞；如果電流過小，則LED的亮度會受影響。如何控制通過LED的電流，是LED驅動模塊的設計重點。

圖1 驅動板時鐘發生模塊

圖2 CD4017輸出時序

采用三極管作為LED的驅動器件，可以充分利用三極管的電流特性，輕易地驅動多個LED。在本文的設計中，采用24個三極管和3個排式插針接線柱實現。

根據上述設計原理，選擇合適的器件及相關封裝，用Protel DXP繪制印刷電路板如圖3所示。

2 LED選通和控制模塊的制作

完成LED驅動模塊以后，由于該模塊上沒有集成選通功能，需要另外制作一個LED選通電路板，作為單片機控制板與驅動板之間的連接部件。

選通LED驅動板的設計有3種方法，即直接采用三極管開關、采用光耦搭配三極管開關和采用繼電器開關。

考慮到單片機與LED驅動采用的是不同的電壓，直接采用三極管來選通的方法明顯是不可行的；采用光耦搭配三極管選通，可以實現不同電壓之間的切換，但是需要兩三個三極管和一個光耦，元件較多，連接電路圖也比較復雜；采用繼電器來選通，不但可以用低電壓輕松通斷高電壓，而且穩定性極好，采用元件少，實現方法簡單。綜合考慮以上3種方案，最后決定采用繼電器來實現電路選通的方法。具體的電路圖及相關實現方法如圖4所示。

圖3 驅動板PCB板圖

圖4 單片機選通繼電器電路圖

圖5 最后成型的電路板

選通電路板完成之后，進行單片機控制板與選通板的聯調。本文采用MICROCHIP公司的PIC系列型號作為16F877A的單片機，LED驅動板的選通、上位機串口指令的接收與發送都要通過它來完成。

單片機控制板采用一塊877最小系統板，該電路板上集成了電源、時鐘晶振、串口通訊等模塊，而且877每個管腳都用排式插針連出，可以方便地與選通板通過導線相連。最后成型的電路板如圖5所示。

3 軟件設計

為了實現選通功能，首先需要確定IO管腳的分配，在實際應用中可以按照沙盤模型上的LED燈帶數目來分配。分配好管腳，進行編程。需要實現的功能包括以下3個方面：①與PC上位機的串口通訊；②根據串口傳來的數據，自動選通LED燈；③配合Flash演講，實現LED檢測燈與故障燈之間的延時。根據上述要求，設計程序流程如圖6所示。

圖6 程序流程圖

4 總結

本文設計了一種發光二極管LED燈條的驅動和控制模塊。該模塊成功應用于沙盤演示模型中，可靠性高、操作方便，極大地增強了沙盤模型的演示效果，是一種適合推廣的設計。

［1］閻石.數字電子技術基礎［M］.第四版.北京：高等教育出版社，1998.

［2］張明鋒.PIC單片機入門與實戰［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2004.

［3］譚浩強.C程序設計［M］.第三版.北京：清華大學出版社，2006.

〔編輯：劉曉芳〕

TM923.34；TP273

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.130

2095－6835（2017）14－0130－02