線陣LED圖文顯示裝置

摘要：本設計選用MSP430單片機作為控制核心[1]，實現了對線陣LED顯示、速度檢測、按鍵切換、光敏調節、電機驅動、紅外傳輸等電路的控制，實現了開機自檢、按鍵切換顯示、紅外傳輸、顯示亮度自動化調節等功能，完成了在搖動過程中形成的圓形平面內清晰顯示出二維字符。本顯示裝置自適應能力較強，操作簡單，顯示效果良好、功耗低、成本低廉等特點。

關鍵詞：MSP430；PWM脈沖；視覺暫留

中圖分類號：TN873 文獻標識碼：A

1 系統設計方案

本系統采用MSP430單片機為主控芯片，利用一個直流電機作為線陣LED圖文顯示的旋轉底座，可以為LED線陣顯示模塊提供均勻的運行速度，線陣LED顯示模塊由16只LED及其控制電路組成，顯示裝置利用人眼視覺暫留的生理特性，LED點陣在旋轉運動過程中經過不同位置時，通過微控制器點亮相應的LED，實現線狀LED點陣在旋轉平面上構成不同的靜態或動態圖案。同時還可以通過功能按鍵切換實現顯示模式的切換，利用光敏感模塊實現了對點陣顯示亮度的自動化調節，增強了點陣的顯示效果。啟動裝置完成顯示自檢功能后主控芯片會發射紅外信號通知電機控制電路，紅外接收端接收信號后控制L298N電機驅動使直流電機以恒定的速度轉動，實現了開機自檢后的自動啟動顯示功能。

2 系統模塊的設計與分析

2.1主控芯片的選擇

采用MSP430單片機。這種單片機是一種16位超低功耗的微控制器。它將許多常用的數字模塊（如SPI、PWM、AD轉換）集成在芯片內部，每一個模塊的控制可以通過C語言編寫和調試[2]。它具有處理能力強、運算速度快集成度高、外部設備豐富、超低功耗等優點。

2.2電機的設計分析

采用直流電機。它具有良好的調節性能，多應用在調速性能要求較高的場合，主要的優點是響應迅速啟動和制動轉柱大，過載能力強，調速范圍廣，調速特性好，電機輸出力矩與電機電流成正比，在電樞電壓一定的情況下，直流電機的轉速與負載成線性關系，根據以上直流電機的特點，在項目設計中我們采用直流電機作為線性LED陣列顯示的旋轉底座。

2.3PWM亮度調節模塊的設計分析

利用74HC595控制。在電路設計中74HC595具有LED點陣掃描的作用，運用其串入并出功能節省了單片機的I/O口資源，同時可以利用其高阻態禁止輸出引腳（13腳），可以方便地控制LED燈使其產生閃爍和亮度調節，節省硬件資源，控制簡單方便。

2.4光敏檢測模塊的設計分析[3]

采用光敏電阻。電阻值隨光強度變化而變化隨光信號變化的線性度較好，電路設計簡單檢測靈敏。

3 硬件設計方案

3.1主控芯片外圍電路論證與分析

根據上面的論證與分析，本系統采用TI公司的MSP430雙列直插式單片機，在體積上它比傳統的單片機小，質量輕，便于安裝，將他安裝在本系統的旋轉面板時不會因為質量重或體積大而導致旋轉面板的不平衡，從而影響點陣顯示的效果，同時它的外圍電路簡單，不需要外加時鐘電路，可以使用內部的時鐘源，在程序設計時直接采用單片機的內部DCO時鐘源，電路簡潔，避免了復雜的硬件設計同時也極大的減小了旋轉面板的質量，增強了顯示效果，

3.2LED線狀點陣模塊

在顯示電路中將16只LED點陣呈線性排列在旋轉面板中，通過74HC595驅動，16只的陽極接在VCC上，陰極分別接到74HC595芯片的并行輸出端口，單片機發送串行數據經過74HC595后轉換為8位的并行數據，8位的并行數據進行LED點陣掃描，同時單片機還可以通過控制74HC595的高阻態禁止輸出引腳（13腳），可以方便地控制LED燈使其產生亮度調節。

3.3光敏調節模塊

光敏調節模塊以光敏電阻為主要器件其電阻值隨光照強度變化而變化，通過光敏電阻可以實時的檢測出周圍環境的光照的明亮程度，單片機通過AD采樣對光敏電阻的輸出電壓進行檢測，根據一定的程序算法可以計算出光的強弱程度和所采電壓值的關系。單片機通過分析所采得的電壓值，根據設計要求可以通過PWM脈沖對LED陣列的亮度進行調節，

3.4電機驅動模塊

運用L298N作為電機驅動，L298N內部包含4通道邏輯驅動電路，即將邏輯控制電平進行功率放大，變為可以用于功率驅動的電壓。具有工作電壓高輸出電流大；較低的飽和壓降，具有過熱保護；TTL輸出電平驅動，可直接連接CPU；具有輸出電流反饋，過載保護，同時它產生的輸出電壓穩定，抗干擾能力強，L298N的輸入端用TL2521光偶進行輸入、輸出信號的隔離。

3.5速度檢測模塊

速度檢測模塊以霍爾傳感器為主要器件，霍爾傳感器具有對磁場敏感、結構簡單、體積小，輸出電壓變化大的優點。在非磁材料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近。圓盤每轉動一圈，霍爾傳感器便輸出一個脈沖。通過單片機測量產生脈沖的頻率就可以得出圓盤的轉速。在本項目設計中將霍爾傳感器安裝于直流電機的轉軸處，將磁鐵安置在直流電機的上表面，結構簡單，檢測靈敏。

3.6紅外傳輸模塊

紅外傳輸模塊起到紐帶的作用，當系統開機完成開機自檢功能后主控芯片控制紅外發射管發送38KHZ的信號當底層的紅外接收管接收到紅外信號后，由單片機控制L298N電機驅動模塊驅動直流電機轉動。

4 總結

通過測試， 本設計的LED線陣圖文系統完全實現了圖文顯示，顯示亮度自動調整功能，和畫面切換功能，在圖文顯示過程中，LED的掃描方式和其控制算法起到了決定性作用，另外光敏調節模塊為系統的顯示增強顯示效果，使系統的顯示不易受到周圍光照強度的影響，整個系統功能完善， 自適應能力較強，操作簡單，顯示效果良好，動靜態文字顯示能進行交互式顯示，有一定的實用價值和觀賞價值。

參考文獻：

[1] 徐偉.單片機快速入門[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008：125-165.

[2] 譚浩強.C 語言程序設計（第三版） [M].北京：清華大學出版社，2005：26-247.

[3] 高吉祥.全國大學生電子設計競賽培訓系列教程[M].北京：電子工業出版社. 2007：52-76.

作者簡介：

吳克文（1980—），男，黃岡職業技術學院講師.研究方向：

計算機網絡技術、計算機信息安全，電腦芯片級維

修，數據恢復技術.