线阵LED图文显示装置.doc

线阵LED图文显示装置摘要：本设计采用TI公司的MSP430系列的单片机为核心控制芯片。用MSP430单片机来实现对32个三基色LED的亮灭精确控制，其中选用74HC595芯片作为串口转并口的有效工具。选用一列三基色LED和一只电机代替点阵进行字符显示，对电动机转速与LED点亮与熄灭的时间进行精确控制就能显示出预先定的字符或图案。由电动机带动LED高速旋转，利用人体的视觉暂留效应，形成LED的字符和图案仿佛在空中漂浮一般，能达到很好的视觉效果。关键词：MSP430 74HC595 电动机 旋转 三基色LED Abstract: The design of using the TI company MSP430 microcontroller as the core control chip. MSP430 microcontroller with to achieve 32 three colors LED light out accurate control, among them choose 74HC595 are needed chip as effective tool serial port turn parallel port. Choosing a list of three colors LED lights and a motor instead of dot matrix characters on display, of the motor speed and LED and out of the time precise control can show set in advance of the characters or design. LED by motor driving high rotation speed, using the human body of visual suspended effect, the formation of character and design LED in the air as if floating general, can achieve very good visual effect.Keywords: MSP430 74HC595 Motor Rotation Three colors LED1系统设计要求1.1方案选择与论证1.11主控芯片的选择与论证方案一：采用低功耗的MSP430单片机作为核心控制芯片，因为MSP430系列单片机是一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器。MSP430单片机具有处理指令能力强，运算速度快，片内资源丰富等优点。并且MSP430系列单片机拥有方便高效的开发环境的优势。方案二：使用最普遍的AT系列单片机，其最大的优点是相对其它单片机价格便宜，很容易买到，此系列的资料非常丰富，并且我们对此单片机的掌握比较好，平常训练经常使用，了解较多。但是，AT系列单片机的定时器、中断、ROM等较少，资源不够丰富，抗干扰能力较弱。综合考虑，我们选择方案一。1.12端口数据处理芯片的选择与论证方案一：采用74HC595作为数据串口转并口的控制芯片。74HC595芯片是一个8位串行输入，8位串行输入或输出的芯片，经常运用于串行到并行的数据转换。74HC595具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能，输出寄存器可以直接清零。方案二：使用74HC154译码器也可以作为串口转并口的数据控制芯片，但此芯片包含两个“逻辑与”输入，必须置为低以便使能输出端。74HC154译码器可接受4位高有效二进制地址输入，提供16个互斥的低有效输出。由于输出端电平有限制，计算的复杂性，在此比赛中这种芯片不适宜使用。综合比较，我们选择方案一。1.13电源部分方案选择与论证方案一：巧妙的由电动机供电，在直流电动机的换向器上由漆包线引出电压供给旋转部分，这种方法供电很稳定，但须拆开电动机进行改造，制作起来比较麻烦。方案二：在电动机外面的轴附近加两层线圈，外圈通电且不动，内圈与电路板相连且随电机轴旋转，利用电磁感应原理，把电能从外圈传递内圈，为电路板供电。方案三：用电池给旋转部分供电，这样会增加旋转部分的质量，且电池电量耗尽后需要更换或重新充电，此种方法对于我们来说比较容易实现。由于考虑到题目设计的要求，我们采用方案三。1.2系统整体设计框图图-1 系统框图2系统硬件电路设计2.1主控电路部分核心控制部分采用的是MSP430单片机，MSP430单片机功能强大，资源丰富。MSP430单片机是一个16位的单片机，数据端口及中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。MSP430单片机用P2.5作为中端口，输出程序基准信号，让电路进行自检。自检完成后，执行控制程序，即控制三基色LED的亮灭，使一列LED显示出不同的字符或图案。当系统执行完所设定的程序，电路又重新进行一次自检，然后执行下一个操作。设计主控电路部分电路图如下所示：图-2 主控芯片2.2端口数据处理电路由于此电路运用了32个三基色LED灯，如果直接接MSP430单片机端口，则MSP430单片机端口不够用。所以，我们选择74HC595芯片来作为串口转并口的转换工具，这样就可以节约端口。因此，设计电路如下（以红灯设计端口为例，其它颜色灯端口类似接法）：图-3 串口转并口电路2.3LED显示电路部分LED显示部分电路比较简单，LED的显示主要由MSP430单片机控制。单片机输入不同的程序代码，对LED亮与灭的时间的精确控制，显示出不同的字符或图案。LED显示部分的电路如下（以红灯设计为例，其它颜色的灯类似接法）：图-4 LED显示部分2.4系统理论分析与计算当电源接通时，LED两端电流的理论值约为5mA，但理论值比实际测量值要偏小，。由于电路采用的是用电池供电，所以由于时间的关系，测量的值是不同的。LED的驱动是由电路所提供的电压和电流大小而确定的，电压阻值越高，LED驱动能力越强。反之，越弱。其求电流的公式是：I=U/R根据题目要求，在强光环境下LED的亮度必须要高，以适应人眼对环境的应变力：强光下缩小瞳孔减少进光量以防止耀眼，此时应该增大LED的亮度。由于LED的阳极是连接在一起的，我们可以直接利用光敏电阻和三极管控制阳极输入的电流来控制LED的亮度，电路图如下：这种设计的优点是极大的减轻了程序设计的压力和电子电路的设计压力，并且能够对环境光亮的强弱实时响应，并达到了预期的效果。3系统软件设计系统软件设计流程图如下所示：图-5 软件流程图4.系统性能测试与分析4.1系统测试4.11测试仪器三位半数字万用表 泰克示波器 4.12测试注意事项电路板焊接完毕后，使用万用表测量电路是否有短路，断路，元器件焊反等情况。在焊接电路的过程中，要小心谨慎，尤其是要防止LED芯片损坏。经检查无误后，把芯片接上，检查所有电路连线是否连接上，然后接通电源，进行调试，在调试过程中要注意以下事项：1 MSP430单片机、74HC595芯片是否有电2 LED是否工作3 电机是否转动4 光敏调光电路是否工作4.13系统测试测量方法：系统在硬件测试中运用到以下测量方法：1 使用万用表查看电源是否有电。2 使用万用表测量单片机的电源和地的引脚，看是否有电压。3 用万用表测量LED灯是否损坏。4 用布遮住光敏电阻，改变其环境的亮度，看LED灯亮度是否发生变化。4.2系统性能评估经检查所有的测试完成并检测无误后，则进行电路板调试，首先检测到电源有电压，LED是完好的，LED颜色与亮度变化符合题目要求。再接上电源，使LED旋转，LED不停地转动并显示出单片机输入的字符或图案。LED的亮度随环境亮度的变化而发生一致的变化，效果比较明显。4.3总结分析本系统基本达到题目设计的要求，我们还在电路中设计了串口转并口的电路，节约了单片机的端口。由于三基色LED容易受到外界干扰，所以反应比较敏感。在电机驱动电路中，电机的稳定性不易控制，在旋转过程中，系统稳定性不够。由于电路中设计了光敏电阻，所以，LED的亮灭程度受外界环境的影响较大。5参考书目【1】童诗白.模拟电子技术基础. 高等教育出版社