基于MSP430F149控制的LED圖文顯示的設計

摘要：本設計電路具有基本圖形的顯示、文字顯示功能、LED燈亮暗自動調節(jié)等功能。通過按住按鈕依次調用程序配合電機轉動實現開機自檢、同心圓、雙漸開線等功能顯示。

0 引言

LED顯示屏是一種通過控制半導體發(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，廣泛應用于金融、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器件技術和性能不斷提高，電子技術發(fā)展日新月異，這對LED顯示屏產品的技術深化和提高帶來良好的基礎。同時LED顯示在社會生活的各個領域得到了廣泛的應用，半導體照明產業(yè)的發(fā)展更為LED顯示產業(yè)帶來良好契機。

1 MSP43F149

本設計選用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，它可以在超低功耗模式下工作，安全性能好，適應工業(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單片機及外圍接口實現圖文顯示，利用單片機的定時器/計數器定時和記數的原理，將軟、硬件有機地結合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進行計時，同時使LED燈能夠正確地顯示圖形和文字。MSP430F149的參數如表1所示。

2 系統(tǒng)設計

2.1 硬件設計

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，還需要光電信號轉換電路和信號放大和調節(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、LED和鎖存器等模塊供電，通過單片機的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不同光對LED亮暗的調節(jié)，采用直流穩(wěn)壓電路來提供給直流電機，通過設計馬達調速裝置來實現一定的轉速，從而配合LED來實現動態(tài)的圖文顯示。為了節(jié)約單片機的I/O口，在電路設計中我們采用了74HC573鎖存器?？紤]到節(jié)能，我們在電路中設計了LED電流調節(jié)電路。

2.1.1 主控電路的設計

主控電路由MSP430F149、時鐘電路、晶振電路組成的單片機最小系統(tǒng)構成。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，電機轉數調控模塊，穩(wěn)壓模塊，MSP430F149模塊，擴展I/O口模塊。

2.1.3 光控電路

光敏電阻是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器;入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。也就是通過光敏電阻將光的變化轉換為電的變化。各參數之間的關系式為：I=KUaLb。光控電路如圖3所示，通過改變光照的強度去控制供給LED燈的電流，從而達到控制亮度的要求。對于LED，在電路中我們通過TPS61165來調節(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電流調節(jié)性能。

2.1.4 電機轉速調控電路

電機轉速調控電路如圖4所示。其中電動機轉速公式：n=60f/p(1-s)，在電路中通過改變供電頻率f、電動機極對數p及轉差率s這三個參數來改變電機的轉速。

2.2 軟件設計

2.2.1 系統(tǒng)主程序設計

按住按鈕S1(提供高電平)配合電機轉動實現開機自檢、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用程序。

2.2.2 開機自檢程序的設計

通過單片機的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兩個鎖存器交替或者同時工作來達到點亮16盞LED燈。采用延時程序來達到每盞燈亮1 s的狀態(tài)，此時平臺不旋轉。部分程序如下所示。

2.2.3 雙漸開線程序的設計

要實現雙漸開線的圖形，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相應的轉速，此時我們必須要調控好電機的轉速和延時程序才能達到雙漸開線，通過15 s的延時來達到自動停止。本電路的程序設計了雙漸開線，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

為了對設計的TPS61165的LED電流的效率及其它參數進行測試，我們測試了電路的相關波形。輸出紋波和效率的測試波形如圖5，圖6所示。

4 應用

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LED圖文顯示，取得了很好地應用效果。設計者只要對程序稍作變動就可以用來顯示設計者所需的顯示圖形，電路中如果加入鍵盤、LCD等外設就可以實現顯示字的控制。本文電路的設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。