利用16路恒流LED驱动IC实现护栏灯解决方案

高级AP工程师

上海南麟电子有限公司

LED护栏灯是以荧光灯管或LED作为光源，以连续的护栏为载体，形成近似线性的护栏灯带。有红/黄/绿/蓝/白/紫/青/七彩等颜色，通过IC控制，可实现渐变、跳变、色彩闪烁、随机闪烁、渐变交替、追逐、扫描等流动颜色变化。护栏灯特别适合应用于广告牌背景、立交桥、河、湖护栏、建筑物轮廓等大型动感光带之中，可产生彩虹般绚丽的效果。

本文主要介绍基于16路恒流LED驱动芯片的护栏灯解决方案。该方案主要由以下几部分组成：（1）以STC11F02单片机为主的主控电路，其主要功能是产生SPI控制信号；（2）以LN0134为核心的LED驱动电路，其主要功能利用它的16通道恒流来带载LED；（3）电源输入电压转换电路、供给LED电源电路，其主要是完成对电路保护、芯片供电、LED灯供电等功能。

主要芯片功能简介

LN0134是南麟电子开发的一款16路恒流LED驱动芯片，该芯片内建了16位CMOS移位寄存器和输出锁存器，可以将输入的串行数据转化成并行输出格式，从而控制16个输出电流源，在每个输出端可以不受负载影响提供3～45mA的恒定并且一致的电流用以驱动LED。通过调整外接电阻的大小可调整输出电流，从而轻松控制 LED的发光亮度，也可以通过在使能端(OE)输入PWM信号来调整所有LED的平均电流。同时它还支持SPI通信协议，使得我们很容易控制通信的数据，因此它成为驱动LED的最佳IC之一。

STC11F02单片机内部嵌有2K的FLASH程序存储空间和256B的SRAM存储区；该芯片拥有先进的指令集结构，兼容普通的8051指令集，具有硬件乘法和除法指令，而且无需编程器和仿真器，可以远程升级。本方案利用其高速、低成本、精简的I/O口的优势，模拟出SPI协议实现对其他IC的通信控制。

护栏灯设计方案

1) 硬件电路设计与原理

该方案的基本原理是：单片机模拟SPI协议，通过发送数据到LN0134驱动芯片内，由LN0134内部硬件电路实现数据的串入并出，驱动16×3颗LED，然后通过改变数据来控制LED灯的变化，实现不同的LED灯的组合，如：流水灯、对闪烁、跳变、呼吸等效果。该方案原理框图如图1所示。本方案电路是在硬件环境PADS下完成的，为了节约成本，所生成的PCB文件也都是单面板。

图1 基于LN0134的护栏灯方案原理框图。

2) MCU控制信号电路

图2是MCU控制电路图。由主控芯片产生的控制信号有：（1）SPI控制信号，包括：OE、SDIO、SCLK、LE四个端口；（2）LED电源使能信号，包括：CONTROL1、CONTROL2两个端口。

图2 MCU控制电路图.

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3) LN0134应用电路

LN0134应用电路如图3所示。LED驱动芯片接收单片机发送的SPI信号，不同的SDIO数据，会得到不同的OUT0至OUT15的数据，从而驱动LED产生不同的变化效果。LN0134芯片支持多芯片级联，通过数据口SDO端，连接下一个芯片的SDI端口，以此类推。长距离的护栏灯方案设计，只需要将一个个小单元级联起来就能完成。设置R30的阻值可改变输出电流值，从而省去了多路限流的麻烦。

图3 LN0134应用电路图

4) 电源供给电路

电源供给电路如图4所示。本电路支持12V至15V的输入电压，经过整流桥可避免正负极的接反。经过IC1可得到5V的供电电压，为单片机和LN0134芯片提供了电源；经过IC2~IC6可完成对LED灯组的供电，并由单片机提供的CONTROL1和CONTROL2口来控制POVER1和POVER2供电的关和开。

图4 供电电路图

5) 软件设计

软件设计是整个方案的经脉，它直接决定了整个方案的运行质量和效率，同时是体现出方案的功能及可靠性。STC11F02芯片的片内程序是在软件开发环境Keil uVision2下进行编写的，该程序的重点在于模拟SPI通信协议，理论设计的时序波形如图5所示。软件代码由C语言实现，通过示波器观测到单片机模拟出来的SPI波形如图6所示。其中Tek1为SDI；TeK2为CLK；TeK3为LE；TeK4为OE，满足设计要求。

图5 SPI时序图。

图6 SPI波形

主程序的流程图如图7所示。首先将SPI模拟程序模块化，主要是为了方便调用；在整个流程中改变最多的是缓冲器内的数据，数据改变，相应的显示效果就会变化；连续的数据变化产生了不同的点灯，这也就展现了护栏灯多彩耀眼的特色。

图7 主程序流程图

本文小结

本护栏灯设计方案是1米长的单元模块，更长的护栏距离需要将这些小单元级联起来，提高控制信号的驱动能力即可。选取16通道的LN0134芯片是为了提高LED灯的数量，依照芯片的性能参数，改变电源的供给电路可更好地扩展应用电路，驱动更多LED灯。选取STC11F02芯片是为了节约成本，简化主控单元。本方案总体设计遵循了可靠、简单、实用的原则，为更多的护栏效果提供了借鉴和帮助。