線陣LED圖文顯示裝置

摘要：本設(shè)計(jì)選用MSP430單片機(jī)作為控制核心[1]，實(shí)現(xiàn)了對(duì)線陣LED顯示、速度檢測(cè)、按鍵切換、光敏調(diào)節(jié)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、紅外傳輸?shù)入娐返目刂疲瑢?shí)現(xiàn)了開(kāi)機(jī)自檢、按鍵切換顯示、紅外傳輸、顯示亮度自動(dòng)化調(diào)節(jié)等功能，完成了在搖動(dòng)過(guò)程中形成的圓形平面內(nèi)清晰顯示出二維字符。本顯示裝置自適應(yīng)能力較強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，顯示效果良好、功耗低、成本低廉等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：MSP430；PWM脈沖；視覺(jué)暫留

中圖分類號(hào)：TN873 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)采用MSP430單片機(jī)為主控芯片，利用一個(gè)直流電機(jī)作為線陣LED圖文顯示的旋轉(zhuǎn)底座，可以為L(zhǎng)ED線陣顯示模塊提供均勻的運(yùn)行速度，線陣LED顯示模塊由16只LED及其控制電路組成，顯示裝置利用人眼視覺(jué)暫留的生理特性，LED點(diǎn)陣在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)不同位置時(shí)，通過(guò)微控制器點(diǎn)亮相應(yīng)的LED，實(shí)現(xiàn)線狀LED點(diǎn)陣在旋轉(zhuǎn)平面上構(gòu)成不同的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖案。同時(shí)還可以通過(guò)功能按鍵切換實(shí)現(xiàn)顯示模式的切換，利用光敏感模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)陣顯示亮度的自動(dòng)化調(diào)節(jié)，增強(qiáng)了點(diǎn)陣的顯示效果。啟動(dòng)裝置完成顯示自檢功能后主控芯片會(huì)發(fā)射紅外信號(hào)通知電機(jī)控制電路，紅外接收端接收信號(hào)后控制L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)使直流電機(jī)以恒定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)機(jī)自檢后的自動(dòng)啟動(dòng)顯示功能。

2 系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)與分析

2.1主控芯片的選擇

采用MSP430單片機(jī)。這種單片機(jī)是一種16位超低功耗的微控制器。它將許多常用的數(shù)字模塊（如SPI、PWM、AD轉(zhuǎn)換）集成在芯片內(nèi)部，每一個(gè)模塊的控制可以通過(guò)C語(yǔ)言編寫(xiě)和調(diào)試[2]。它具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快集成度高、外部設(shè)備豐富、超低功耗等優(yōu)點(diǎn)。

2.2電機(jī)的設(shè)計(jì)分析

采用直流電機(jī)。它具有良好的調(diào)節(jié)性能，多應(yīng)用在調(diào)速性能要求較高的場(chǎng)合，主要的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)迅速啟動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)柱大，過(guò)載能力強(qiáng)，調(diào)速范圍廣，調(diào)速特性好，電機(jī)輸出力矩與電機(jī)電流成正比，在電樞電壓一定的情況下，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載成線性關(guān)系，根據(jù)以上直流電機(jī)的特點(diǎn)，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中我們采用直流電機(jī)作為線性LED陣列顯示的旋轉(zhuǎn)底座。

2.3PWM亮度調(diào)節(jié)模塊的設(shè)計(jì)分析

利用74HC595控制。在電路設(shè)計(jì)中74HC595具有LED點(diǎn)陣掃描的作用，運(yùn)用其串入并出功能節(jié)省了單片機(jī)的I/O口資源，同時(shí)可以利用其高阻態(tài)禁止輸出引腳（13腳），可以方便地控制LED燈使其產(chǎn)生閃爍和亮度調(diào)節(jié)，節(jié)省硬件資源，控制簡(jiǎn)單方便。

2.4光敏檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)分析[3]

采用光敏電阻。電阻值隨光強(qiáng)度變化而變化隨光信號(hào)變化的線性度較好，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單檢測(cè)靈敏。

3 硬件設(shè)計(jì)方案

3.1主控芯片外圍電路論證與分析

根據(jù)上面的論證與分析，本系統(tǒng)采用TI公司的MSP430雙列直插式單片機(jī)，在體積上它比傳統(tǒng)的單片機(jī)小，質(zhì)量輕，便于安裝，將他安裝在本系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)面板時(shí)不會(huì)因?yàn)橘|(zhì)量重或體積大而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)面板的不平衡，從而影響點(diǎn)陣顯示的效果，同時(shí)它的外圍電路簡(jiǎn)單，不需要外加時(shí)鐘電路，可以使用內(nèi)部的時(shí)鐘源，在程序設(shè)計(jì)時(shí)直接采用單片機(jī)的內(nèi)部DCO時(shí)鐘源，電路簡(jiǎn)潔，避免了復(fù)雜的硬件設(shè)計(jì)同時(shí)也極大的減小了旋轉(zhuǎn)面板的質(zhì)量，增強(qiáng)了顯示效果，

3.2LED線狀點(diǎn)陣模塊

在顯示電路中將16只LED點(diǎn)陣呈線性排列在旋轉(zhuǎn)面板中，通過(guò)74HC595驅(qū)動(dòng)，16只的陽(yáng)極接在VCC上，陰極分別接到74HC595芯片的并行輸出端口，單片機(jī)發(fā)送串行數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)74HC595后轉(zhuǎn)換為8位的并行數(shù)據(jù)，8位的并行數(shù)據(jù)進(jìn)行LED點(diǎn)陣掃描，同時(shí)單片機(jī)還可以通過(guò)控制74HC595的高阻態(tài)禁止輸出引腳（13腳），可以方便地控制LED燈使其產(chǎn)生亮度調(diào)節(jié)。

3.3光敏調(diào)節(jié)模塊

光敏調(diào)節(jié)模塊以光敏電阻為主要器件其電阻值隨光照強(qiáng)度變化而變化，通過(guò)光敏電阻可以實(shí)時(shí)的檢測(cè)出周圍環(huán)境的光照的明亮程度，單片機(jī)通過(guò)AD采樣對(duì)光敏電阻的輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)一定的程序算法可以計(jì)算出光的強(qiáng)弱程度和所采電壓值的關(guān)系。單片機(jī)通過(guò)分析所采得的電壓值，根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以通過(guò)PWM脈沖對(duì)LED陣列的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，

3.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

運(yùn)用L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，L298N內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，即將邏輯控制電平進(jìn)行功率放大，變?yōu)榭梢杂糜诠β黍?qū)動(dòng)的電壓。具有工作電壓高輸出電流大；較低的飽和壓降，具有過(guò)熱保護(hù)；TTL輸出電平驅(qū)動(dòng)，可直接連接CPU；具有輸出電流反饋，過(guò)載保護(hù)，同時(shí)它產(chǎn)生的輸出電壓穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，L298N的輸入端用TL2521光偶進(jìn)行輸入、輸出信號(hào)的隔離。

3.5速度檢測(cè)模塊

速度檢測(cè)模塊以霍爾傳感器為主要器件，霍爾傳感器具有對(duì)磁場(chǎng)敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，輸出電壓變化大的優(yōu)點(diǎn)。在非磁材料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近。圓盤每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，霍爾傳感器便輸出一個(gè)脈沖。通過(guò)單片機(jī)測(cè)量產(chǎn)生脈沖的頻率就可以得出圓盤的轉(zhuǎn)速。在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中將霍爾傳感器安裝于直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸處，將磁鐵安置在直流電機(jī)的上表面，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)靈敏。

3.6紅外傳輸模塊

紅外傳輸模塊起到紐帶的作用，當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)完成開(kāi)機(jī)自檢功能后主控芯片控制紅外發(fā)射管發(fā)送38KHZ的信號(hào)當(dāng)?shù)讓拥募t外接收管接收到紅外信號(hào)后，由單片機(jī)控制L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

4 總結(jié)

通過(guò)測(cè)試， 本設(shè)計(jì)的LED線陣圖文系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)了圖文顯示，顯示亮度自動(dòng)調(diào)整功能，和畫(huà)面切換功能，在圖文顯示過(guò)程中，LED的掃描方式和其控制算法起到了決定性作用，另外光敏調(diào)節(jié)模塊為系統(tǒng)的顯示增強(qiáng)顯示效果，使系統(tǒng)的顯示不易受到周圍光照強(qiáng)度的影響，整個(gè)系統(tǒng)功能完善， 自適應(yīng)能力較強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，顯示效果良好，動(dòng)靜態(tài)文字顯示能進(jìn)行交互式顯示，有一定的實(shí)用價(jià)值和觀賞價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐偉.單片機(jī)快速入門[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008：125-165.

[2] 譚浩強(qiáng).C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第三版） [M].北京：清華大學(xué)出版社，2005：26-247.

[3] 高吉祥.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程[M].北京：電子工業(yè)出版社. 2007：52-76.

作者簡(jiǎn)介：

吳克文（1980—），男，黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師.研究方向：

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息安全，電腦芯片級(jí)維

修，數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù).