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当前位置: 首页 > 科研成果 > 全彩激光LED
全彩极光LED系统简介
1. 功能概述
本项目基于STM32型微控制器/8051系列微控制器设计一款全彩渐变LED极光盘。采用STM32型微控制器可以实现PWM输出控制LED的色彩改变;使用一般8051系列微控制器进行设计,用电平控制LED色彩,其显示效果不如前者。
极光LED系统主要有以下五种工作模式:
1)快速多色彩平滑渐变:速度较快的圆形外扩全彩平滑渐变图形。
2)慢速多色彩平滑渐变:速度较慢的圆形外扩全彩平滑渐变图形。
3)彩色渐变风车:六个扇区每一扇轮流显示全彩渐变效果,从而形成风车状的图案。
4)不对称形状渐变显示:显示出一个全彩渐变的求是鹰图案。
5)彩色时钟模式:显示三种颜色分别作为时、分、秒针,用来指示时间。
该系统通过手机或电脑的蓝牙通信来进行不同模式的切换,具有功能明确、效果绚丽、操作简单、响应灵敏等特点。
用户可以发挥自己的想象,实现其他功能,如显示姓名学号等等。
2. 实物展示与PCB板
 
1 极光LED系统部分显示效果展示
 
(a) PCB板正面
 
(b) PCB板反面
图2 全彩极光LED PCB板正面
 
3. 硬件模块详解
3.1电源模块
 
3.1 电源模块原理图
    极光电路采用5V供电5V电源通过POWER 插座引入。通过电源开关S1引入5V作为系统的VCC。
 
3.2蓝牙模块与接口定义
 
3.2蓝牙模块与接口定义
蓝牙模块及其与微控制器的连接接口如图3.2所示。P14是蓝牙插入排母,P15是与MCU的接口,用于接收蓝牙模块信号。在手机端自编APP软件或直接采用蓝牙串口助手进行手机与极光LED系统的连接,实现无线功能切换与控制。
 
3.3 七彩LED驱动模块
极光系统采用共阴七彩LED。一个七彩LED集成封装了红色、绿色和蓝色三个LED内芯,有4个引脚:1个COM端,3个控制端,分别控制红色、绿色和蓝色的LED的亮与灭,其外形如图3.3所示。图3.4是由36个三色LED组成的6*6LED阵列结构图,整个极光系统由6个这样的6*6LED阵列(即为6个扇区),通过595的清零端实现6个扇区间的切换。
 
图 3.3三色LED
 
图 3.4 6*6三色LED阵列
 
由图3.4可见,H11~H16为行控制信号,低电平有效;R1~R6为红色LED控制信号,G1~G6为绿色LED控制信号,B1~B6为蓝色LED控制信号,均为高电平点亮。当不同的颜色同时点亮时,灯泡可呈现出混合后的颜色。通过MCU的I/O引脚控制LED7色显示采用如MTS32等增强型MCU输出不同占空比的PWM信号,控制其显示颜色的渐变。一个6*6三色LED阵列,需要4个6位的输出接口。1个为行控制信号H11~H16输出口,输出行扫描信号;另三个为段码输出口,一个输出红色LED的段码,一个输出绿色LED的段码,一个输出蓝色LED的段码。将每个扇区按照6*6阵列排开,6个扇区中第一列三色LED的红色段码控制接口连接在一起,绿色/蓝色段码控制口连接在一起,即六个扇区共用18路PWM,由此大大减少I/O接口的数量考虑到红色、绿色和蓝色LED的段码信号输出的驱动能力,利用三极管2N3906构成驱动电路,由三极管提供驱动电流。
 
3.6PWM驱动部分
 
对于一个扇区的6个行控制信号,我们采用串行方式扩展输出接口,即通过一个串入并出移位寄存器74HC595控制。74HC595是具有锁存功能的移位寄存器,其内部有一个8位移位寄存器、一个存储寄存器和一个三态输出控制器。移位寄存器和存储寄存器分别由时钟信号SCLK和RCLK控制。串行输入数据位(SER)在SCLK的上升沿输入移位寄存器,移位寄存器中的数据在RCLK的上升沿锁存到存储寄存器,SRCLR寄存器清0端,低电平有效,OE输出使能端,低电平有效,串行输出数据位Q7’可实现多芯片的级联。
利用MCU的4根I/O口线,作为串行数据线连接到74HC595的DS、移位寄存器移位时钟信号SCLK、存储寄存器选通信号RCLK和清零端MR。扩展的1个74HC595为6*6三色LED阵列提供H1~H6六个控制接口。由于行控制线H1~H6要为多个LED提供驱动电流,极端情况是要求同一行上的6个LED显示白色,即同一行上的6个三色LED全部点亮。假设一个LED的驱动电流为3mA,则此时行控制信号需要输出的电流为18×3mA,大大超出了74HC595口线的驱动能力,所以需要外加驱动电路,采用三极管2N3904提供驱动电流,74HC595的输出控制三极管的基极。
 
 
3.7  74HC595连接图
 
图 3.8 行控制信号驱动电路
 
根据6*6三色LED阵列的控制原理,另外五个扇区的行控制接口分别由5个74HC595提供。利用595的清零端实现6个6*6阵列之间的片选。每次只使能一个595,使得盘上只有一个扇区处在工作状态。当这个扇区的6个轴完成了依次扫描后,再使能下一个扇区的595,从而达到扫描36个轴的目的。由于所有扇区的数据端、两个时钟端始终输入同样的内容,故可以接在一起;另外由于六个扇区的PWM是一样的,且六个扇区分别工作,故可以共用这18路PWM。因此,所需I/O口的数量大大减少,为拓展其他功能提供了很大便利。
 
 
3.9 74HC595控制模块
 
 
4. 原理图
 
4.1 极光原理图(PWM控制模块和74HC595使能模块
 
 
4.2 RGB三色LED阵列模块之一
 
一共有六个LED阵列,分为六个扇区。
 
 

5. 视频演示