吳振英，金 薇

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州 215104)

0 引言

LED顯示屏是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形圖像、電視、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。圖文顯示屏可與計算機(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)、車站等公共場合。LED具有亮度高、工作電壓低、功耗小、體積小、壽命長和性能穩(wěn)定等優(yōu)點。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LED顯示屏產(chǎn)品的技術(shù)深化和提高帶來良好的基礎(chǔ)［1］。同時LED顯示在社會生活的各個領(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LED顯示產(chǎn)業(yè)帶來良好契機(jī)。

1 MSP43F149

本設(shè)計選用TI公司的16位超低功耗混合型微處理器MSP430F149作為整個電路的處理器，它是TI公司開發(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)級的運行環(huán)境。MSP430F149的突出優(yōu)點有:(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)方便高效的開發(fā)環(huán)境。本課題利用MSP430F149單片機(jī)及外圍接口實現(xiàn)圖文顯示，利用單片機(jī)的定時器/計數(shù)器定時和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計時，同時使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］。

表1 MSP430F149主要參數(shù)

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

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，還需要光電信號轉(zhuǎn)換電路和信號放大和調(diào)節(jié)電路等。電源采用兩節(jié)(3 V)紐扣電池，通過穩(wěn)壓電路為單片機(jī)、LED和鎖存器等模塊供電，通過單片機(jī)的I/O控制輸入信號和控制信號。電路采用光敏電阻和一定的外部電路來實現(xiàn)不同光對LED亮暗的調(diào)節(jié)，采用直流穩(wěn)壓電路來提供給直流電機(jī)，通過設(shè)計馬達(dá)調(diào)速裝置來實現(xiàn)一定的轉(zhuǎn)速，從而配合LED來實現(xiàn)動態(tài)的圖文顯示。為了節(jié)約單片機(jī)的I/O口，在電路設(shè)計中我們采用了74HC573鎖存器?？紤]到節(jié)能，我們在電路中設(shè)計了LED電流調(diào)節(jié)電路。

圖1 電路總體框架圖

2.1.1 主控電路的設(shè)計

主控電路由MSP430F149、時鐘電路、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。

圖2 主控電路原理圖

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［3］。也就是通過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。對于LED，在電路中我們通過TPS61165來調(diào)節(jié)LED電流。TPS61165工作于恒定電流模式，它的突出優(yōu)點是擁有較高的效率和良好的LED電流調(diào)節(jié)性能［4］。

圖3 光控電路

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。其中電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式:n=60f/p(1－s)，在電路中通過改變供電頻率f、電動機(jī)極對數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s這三個參數(shù)來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

圖4 電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)控電路

2.2 軟件設(shè)計

2.2.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計

按住按鈕S1(提供高電平)配合電機(jī)轉(zhuǎn)動實現(xiàn)開機(jī)自檢、同心圓、雙漸開線等功能顯示。每顯示一次圖案，重新按下按鈕再次啟動調(diào)用程序。

2.2.2 開機(jī)自檢程序的設(shè)計

通過單片機(jī)的I/O(P1和P2)P1.0～P1.8口控制輸入信號提供給2個鎖存器和P2.0～P2.3來控制使能端的信號，通過不同的編碼實現(xiàn)兩個鎖存器交替或者同時工作來達(dá)到點亮16盞LED燈。采用延時程序來達(dá)到每盞燈亮1 s的狀態(tài)，此時平臺不旋轉(zhuǎn)。部分程序如下所示。

2.2.3 雙漸開線程序的設(shè)計

要實現(xiàn)雙漸開線的圖形，重點要控制好LED燈不同方式的點亮，對于雙漸開線的點亮需要同時點亮2盞(8、9、7、10、6、11、5、12、4、13、3、14、2、15、1、16)LED 燈然后通過不同方向的流動，配合適合延時時間和電機(jī)相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，此時我們必須要調(diào)控好電機(jī)的轉(zhuǎn)速和延時程序才能達(dá)到雙漸開線，通過15 s的延時來達(dá)到自動停止。本電路的程序設(shè)計了雙漸開線，通過程序的編寫我們也可以顯示三漸開線等顯示。部分程序如下所示。

3 TPS61165測試波形圖

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

圖5 輸出紋波測試波形圖

圖6 效率測試波形圖

4 應(yīng)用

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

［1］王海霞，武一.基于sopc的LCD顯示模塊的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.液晶與顯示，2012，27(4):508 －513.

［2］胡大可.MSP430系列單片機(jī)接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計實例［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2002:9－11.

［3］劉全恩.LED的原理、術(shù)語、性能及應(yīng)用［J］.電視技術(shù)，2012，36(24):46 －53.

［4］孫可旭.基于Atmega16的 LED電子節(jié)拍器的設(shè)計［J］.電聲技術(shù)，2009，33(s1):35 －37.