线阵LED图文显示装置

摘要：本设计选用MSP430单片机作为控制核心[1]，实现了对线阵LED显示、速度检测、按键切换、光敏调节、电机驱动、红外传输等电路的控制，实现了开机自检、按键切换显示、红外传输、显示亮度自动化调节等功能，完成了在摇动过程中形成的圆形平面内清晰显示出二维字符。本显示装置自适应能力较强，操作简单，显示效果良好、功耗低、成本低廉等特点。

关键词：MSP430；PWM脉冲；视觉暂留

中图分类号：TN873 文献标识码：A

1 系统设计方案

本系统采用MSP430单片机为主控芯片，利用一个直流电机作为线阵LED图文显示的旋转底座，可以为LED线阵显示模块提供均匀的运行速度，线阵LED显示模块由16只LED及其控制电路组成，显示装置利用人眼视觉暂留的生理特性，LED点阵在旋转运动过程中经过不同位置时，通过微控制器点亮相应的LED，实现线状LED点阵在旋转平面上构成不同的静态或动态图案。同时还可以通过功能按键切换实现显示模式的切换，利用光敏感模块实现了对点阵显示亮度的自动化调节，增强了点阵的显示效果。启动装置完成显示自检功能后主控芯片会发射红外信号通知电机控制电路，红外接收端接收信号后控制L298N电机驱动使直流电机以恒定的速度转动，实现了开机自检后的自动启动显示功能。

2 系统模块的设计与分析

2.1主控芯片的选择

采用MSP430单片机。这种单片机是一种16位超低功耗的微控制器。它将许多常用的数字模块（如SPI、PWM、AD转换）集成在芯片内部，每一个模块的控制可以通过C语言编写和调试[2]。它具有处理能力强、运算速度快集成度高、外部设备丰富、超低功耗等优点。

2.2电机的设计分析

采用直流电机。它具有良好的调节性能，多应用在调速性能要求较高的场合，主要的优点是响应迅速启动和制动转柱大，过载能力强，调速范围广，调速特性好，电机输出力矩与电机电流成正比，在电枢电压一定的情况下，直流电机的转速与负载成线性关系，根据以上直流电机的特点，在项目设计中我们采用直流电机作为线性LED阵列显示的旋转底座。

2.3PWM亮度调节模块的设计分析

利用74HC595控制。在电路设计中74HC595具有LED点阵扫描的作用，运用其串入并出功能节省了单片机的I/O口资源，同时可以利用其高阻态禁止输出引脚（13脚），可以方便地控制LED灯使其产生闪烁和亮度调节，节省硬件资源，控制简单方便。

2.4光敏检测模块的设计分析[3]

采用光敏电阻。电阻值随光强度变化而变化随光信号变化的线性度较好，电路设计简单检测灵敏。

3 硬件设计方案

3.1主控芯片电路论证与分析

根据上面的论证与分析，本系统采用TI公司的MSP430双列直插式单片机，在体积上它比传统的单片机小，质量轻，便于安装，将他安装在本系统的旋转面板时不会因为质量重或体积大而导致旋转面板的不平衡，从而影响点阵显示的效果，同时它的电路简单，不需要外加时钟电路，可以使用内部的时钟源，在程序设计时直接采用单片机的内部DCO时钟源，电路简洁，避免了复杂的硬件设计同时也极大的减小了旋转面板的质量，增强了显示效果，

3.2LED线状点阵模块

在显示电路中将16只LED点阵呈线性排列在旋转面板中，通过74HC595驱动，16只的阳极接在VCC上，阴极分别接到74HC595芯片的并行输出端口，单片机发送串行数据经过74HC595后转换为8位的并行数据，8位的并行数据进行LED点阵扫描，同时单片机还可以通过控制74HC595的高阻态禁止输出引脚（13脚），可以方便地控制LED灯使其产生亮度调节。

3.3光敏调节模块

光敏调节模块以光敏电阻为主要器件其电阻值随光照强度变化而变化，通过光敏电阻可以实时的检测出周围环境的光照的明亮程度，单片机通过AD采样对光敏电阻的输出电压进行检测，根据一定的程序算法可以计算出光的强弱程度和所采电压值的关系。单片机通过分析所采得的电压值，根据设计要求可以通过PWM脉冲对LED阵列的亮度进行调节，

3.4电机驱动模块

运用L298N作为电机驱动，L298N内部包含4通道逻辑驱动电路，即将逻辑控制电平进行功率放大，变为可以用于功率驱动的电压。具有工作电压高输出电流大；较低的饱和压降，具有过热保护；TTL输出电平驱动，可直接连接CPU；具有输出电流反馈，过载保护，同时它产生的输出电压稳定，抗干扰能力强，L298N的输入端用TL2521光偶进行输入、输出信号的隔离。

3.5速度检测模块

速度检测模块以霍尔传感器为主要器件，霍尔传感器具有对磁场敏感、结构简单、体积小，输出电压变化大的优点。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈，霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生脉冲的频率就可以得出圆盘的转速。在本项目设计中将霍尔传感器安装于直流电机的转轴处，将磁铁安置在直流电机的上表面，结构简单，检测灵敏。

3.6红外传输模块

红外传输模块起到纽带的作用，当系统开机完成开机自检功能后主控芯片控制红外发射管发送38KHZ的信号当底层的红外接收管接收到红外信号后，由单片机控制L298N电机驱动模块驱动直流电机转动。

4 总结

通过测试， 本设计的LED线阵图文系统完全实现了图文显示，显示亮度自动调整功能，和画面切换功能，在图文显示过程中，LED的扫描方式和其控制算法起到了决定性作用，另外光敏调节模块为系统的显示增强显示效果，使系统的显示不易受到周围光照强度的影响，整个系统功能完善， 自适应能力较强，操作简单，显示效果良好，动静态文字显示能进行交互式显示，有一定的实用价值和观赏价值。

参考文献：

[1] 徐伟.单片机快速入门[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008：125-165.

[2] 谭浩强.C 语言程序设计（第三版） [M].北京：清华大学出版社，2005：26-247.

[3] 高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程[M].北京：电子工业出版社. 2007：52-76.

作者简介：

吴克文（1980—），男，黄冈职业技术学院讲师.研究方向：

计算机网络技术、计算机信息安全，电脑芯片级维

修，数据恢复技术.