基于MSP430F149控制的LED圖文顯示的設(shè)計(jì)

摘要：本設(shè)計(jì)電路具有基本圖形的顯示、文字顯示功能、LED燈亮暗自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能。通過(guò)按住按鈕依次調(diào)用程序配合電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)自檢、同心圓、雙漸開(kāi)線等功能顯示。

0 引言

LED顯示屏是一種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來(lái)顯示文字、圖形圖像、電視、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。圖文顯示屏可與計(jì)算機(jī)同步顯示漢字、英文文本和圖形;顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，立體感強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于金融、工商、體育、教育系統(tǒng)、車站等公共場(chǎng)合。LED具有亮度高、工作電壓低、功耗小、體積小、壽命長(zhǎng)和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。隨著LED器件技術(shù)和性能不斷提高，電子技術(shù)發(fā)展日新月異，這對(duì)LED顯示屏產(chǎn)品的技術(shù)深化和提高帶來(lái)良好的基礎(chǔ)。同時(shí)LED顯示在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更為L(zhǎng)ED顯示產(chǎn)業(yè)帶來(lái)良好契機(jī)。

1 MSP43F149

本設(shè)計(jì)選用TI公司的16位超低功耗混合型微處理器MSP430F149作為整個(gè)電路的處理器，它是TI公司開(kāi)發(fā)的一類具有16位總線的帶FLASH的單片機(jī)，它可以在超低功耗模式下工作，安全性能好，適應(yīng)工業(yè)級(jí)的運(yùn)行環(huán)境。MSP430F149的突出優(yōu)點(diǎn)有：(1)低電壓、超低功耗;(2)強(qiáng)大的處理能力;(3)豐富的片上外圍模塊;(4)系統(tǒng)工作穩(wěn)定;(5)方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境。本課題利用MSP430F149單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)圖文顯示，利用單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)使LED燈能夠正確地顯示圖形和文字。MSP430F149的參數(shù)如表1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

電路總體框架圖如圖1所示。在電路圖中，光傳感器是電路的關(guān)鍵部分，通過(guò)光傳感器可以向其他模塊提供環(huán)境光的信息。在光敏電阻電路中，除了光傳感器以外，還需要光電信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)放大和調(diào)節(jié)電路等。電源采用兩節(jié)(3 V)紐扣電池，通過(guò)穩(wěn)壓電路為單片機(jī)、LED和鎖存器等模塊供電，通過(guò)單片機(jī)的I/O控制輸入信號(hào)和控制信號(hào)。電路采用光敏電阻和一定的外部電路來(lái)實(shí)現(xiàn)不同光對(duì)LED亮暗的調(diào)節(jié)，采用直流穩(wěn)壓電路來(lái)提供給直流電機(jī)，通過(guò)設(shè)計(jì)馬達(dá)調(diào)速裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的轉(zhuǎn)速，從而配合LED來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的圖文顯示。為了節(jié)約單片機(jī)的I/O口，在電路設(shè)計(jì)中我們采用了74HC573鎖存器?？紤]到節(jié)能，我們?cè)陔娐分性O(shè)計(jì)了LED電流調(diào)節(jié)電路。

2.1.1 主控電路的設(shè)計(jì)

主控電路由MSP430F149、時(shí)鐘電路、晶振電路組成的單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成。主控電路原理圖如圖2所示。

2.1.2 電源電路

本系統(tǒng)的電源模塊主要有：光控模塊，電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)控模塊，穩(wěn)壓模塊，MSP430F149模塊，擴(kuò)展I/O口模塊。

2.1.3 光控電路

光敏電阻是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器;入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。也就是通過(guò)光敏電阻將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化。各參數(shù)之間的關(guān)系式為：I=KUaLb。光控電路如圖3所示，通過(guò)改變光照的強(qiáng)度去控制供給LED燈的電流，從而達(dá)到控制亮度的要求。對(duì)于LED，在電路中我們通過(guò)TPS61165來(lái)調(diào)節(jié)LED電流。TPS61165工作于恒定電流模式，它的突出優(yōu)點(diǎn)是擁有較高的效率和良好的LED電流調(diào)節(jié)性能。

2.1.4 電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)控電路

電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)控電路如圖4所示。其中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式：n=60f/p(1-s)，在電路中通過(guò)改變供電頻率f、電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s這三個(gè)參數(shù)來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

按住按鈕S1(提供高電平)配合電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)自檢、同心圓、雙漸開(kāi)線等功能顯示。每顯示一次圖案，重新按下按鈕再次啟動(dòng)調(diào)用程序。

2.2.2 開(kāi)機(jī)自檢程序的設(shè)計(jì)

通過(guò)單片機(jī)的I/O(P1和P2)P1.0～P1.8口控制輸入信號(hào)提供給2個(gè)鎖存器和P2.0～P2.3來(lái)控制使能端的信號(hào)，通過(guò)不同的編碼實(shí)現(xiàn)兩個(gè)鎖存器交替或者同時(shí)工作來(lái)達(dá)到點(diǎn)亮16盞LED燈。采用延時(shí)程序來(lái)達(dá)到每盞燈亮1 s的狀態(tài)，此時(shí)平臺(tái)不旋轉(zhuǎn)。部分程序如下所示。

2.2.3 雙漸開(kāi)線程序的設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)雙漸開(kāi)線的圖形，重點(diǎn)要控制好LED燈不同方式的點(diǎn)亮，對(duì)于雙漸開(kāi)線的點(diǎn)亮需要同時(shí)點(diǎn)亮2盞(8、9、7、10、6、11、5、12、4、13、3、14、2、15、1、16)LED燈然后通過(guò)不同方向的流動(dòng)，配合適合延時(shí)時(shí)間和電機(jī)相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，此時(shí)我們必須要調(diào)控好電機(jī)的轉(zhuǎn)速和延時(shí)程序才能達(dá)到雙漸開(kāi)線，通過(guò)15 s的延時(shí)來(lái)達(dá)到自動(dòng)停止。本電路的程序設(shè)計(jì)了雙漸開(kāi)線，通過(guò)程序的編寫我們也可以顯示三漸開(kāi)線等顯示。部分程序如下所示。

3 TPS61165測(cè)試波形圖

為了對(duì)設(shè)計(jì)的TPS61165的LED電流的效率及其它參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，我們測(cè)試了電路的相關(guān)波形。輸出紋波和效率的測(cè)試波形如圖5，圖6所示。

4 應(yīng)用

實(shí)踐證明，本文所介紹的利用微控制器的I/O端口能夠很好地實(shí)現(xiàn)LED圖文顯示，取得了很好地應(yīng)用效果。設(shè)計(jì)者只要對(duì)程序稍作變動(dòng)就可以用來(lái)顯示設(shè)計(jì)者所需的顯示圖形，電路中如果加入鍵盤、LCD等外設(shè)就可以實(shí)現(xiàn)顯示字的控制。本文電路的設(shè)計(jì)對(duì)于使用者來(lái)講提供了一定的參考意義，具有一定的實(shí)用價(jià)值。