基于MSP430的LED旋转显示设备设计与实现

摘要：本设计以MSP430F149低功耗单片机为核心器件， LED线阵、传感器及信号检测处理等部分组成，结合系统程序实现LED图文显示，并通过红外遥控器实现功能切换。系统尽量采用MSP430F149内部集成的各个模块电路来驱动的方案，硬件结构简单，节约PCB空间，可靠性高，成本低。经测试，系统工作正常，达到设计要求。

关键词：旋转LED MSP430F149 红外遥控

1引言

旋转LED显示是根据人眼视觉暂留效应，通过线阵排列的LED旋转运动，由单片机控制LED旋转到不同位置时对应显示不同的数据，实现在二维平面上显示动、静态图像。相比于传统的LED显示设备，具备两点优势：首先，传统LED显示器由矩阵式排列的LED点阵构成，需要元件数量多，连接复杂，硬件成本高，而线阵LED显示设备只需要一列LED，结构简单，成本低；再者，通过旋转线阵LED，显示形式较新颖，吸引眼球，适合在广告宣传中使用。

2系统总体思路与结构

系统结构分为两大模块，即LED线阵与电机驱动及其控制。LED线阵电路设计时主要考虑低电压、微功耗电路及器件构成，为可靠实现显示时人眼看到的图形稳定清晰，通过减小硬件系统重量与平衡配重来保证LED线阵在旋转时处于一个平面上，系统结构示意图如图1。

电机及其控制电路主要由220V交流电源经整流、滤波、稳压组成，得到电机转动所需的工作电压。LED线阵控制系统电路结构如图2所示，其工作原理是单片机最小系统通过外部信号检测端如霍尔传感器、按键、红外接收头及环境光线采样进行信号检测处理后去控制线阵LED显示以及电机转动。实现LED线阵图文显示。

3硬件电路设计与分析

3.1 控制器-单片机

本设计采用的控制核心是MSP430F149单片机，具有基本时钟系统、Timer_A3（带3个比较/捕获寄存器和PWM输出的16位定时器）、Timer_B7、精确的模拟比较器、看门狗；6个I/O端口、USART0、USART1、12位A＼D转换器和60KB的Flash存储容量等。

3.2 线阵LED图形和文字显示分析

利用人眼视觉暂留的生理特性，通过LED在旋转运动过程中经过不同位置时，系统点亮相应的LED。为保证显示时人眼看到的图形稳定清晰，LED在不同位置点亮需与旋转速度匹配；注意每圈旋转时图像显示的起始位置一致。

为得到旋转速度、周期和判断起始位置，可以采用光电、磁电传感器。本系统利用双极性霍尔开关的通断特性，在转盘旋转的情况下感应定位在标杆上的硬性磁铁产生的磁场，输出高低电平。显示图形、文字时通过霍尔元件检测信号输送至单片机，由单片机定时器timer A计算出转盘转动一圈的时间，从而控制线阵LED按这个周期来显示。

3.3 功能切换电路

如果通过按键实现功能的切换，需要触碰转盘，在转盘高速旋转的时候这样做是很不安全的。为了弥补这一缺陷本系统使用红外遥控，如图3所示，通过红外遥控发射器发射出功能转换信号，当红外遥控接收头接收到转换信号时将该信号送至单片机P1.6端，从而做出相应的功能转换。

3.3 环境光强检测及亮度调节电路

光敏电阻阻值（约为5k～100k）随着环境亮度的变化而在一定范围内发生改变，经固定电阻分压后输至单片机P6.0端口的模拟电压也随之变化，经MSP430F149内部AD转换，通过PWM调整P4.1端口的输出占空比，从而调整了三极管8550的导通率，控制线阵LED的亮度。

分压计算：Vp6.0=Rt1/（Rt1+R7）×Vcc=0.97～2.6V

4程序流程设计

本设计一共有四个工作模式（自检、文字显示、指针秒表显示、图形显示），开机时对系统进行自检，进入低功耗模式。通过按键或者红外遥控来切换模式。

定时器A0用于测量红外遥控信号高低电平的时间，以形成对应按键的数据，再与已存按键编码比对，得到按键号，从而切换系统工作模式，如图5所示。

定时器A1的功能相对较复杂，其中CCR2用于定时1秒，提供指针式秒表的时间基准；每次TAR的溢出时，使ADC12转换一次；CCR1要根据当前系统的工作模式来定不同时间，以及实现当前模式的显示控制，如：自检时要每隔1秒让LED逐个点亮；显示图文时要根据转速提供每列点阵的显示时间，在第N等份的位置输出第N列对应的点阵数据，以确保图文显示稳定不漂移。而霍尔元件的检测信号送至单片机的外部中断引脚，在外部中断程序中根据定时器TAR计算出周转时间。AD转换中断服务程序是将AD转换得出的环境光强送至TB的CCR1控制PWM，实现自动调节亮度。

5结束语

本设计采用性价比高、性能可靠的方案实现。具有旋转线阵LED显示图形和文字，通过按键或者红外遥控来切换显示模式，环境光强检测及亮度调节功能。运行良好，电路简单、性能可靠，具有一定的应用价值。

参考文献

[1] 胡宴如，耿苏燕.模拟电子技术.北京：高等教育出版社，2008.

[2] 谢兴红，林凡强，吴雄英.MSP430单片机基础与实践.北京：北京航天大学出版社，2008.