基于MSP430的二維LED圖文顯示裝置設(shè)計(jì)

南京信息工程大學(xué)電子與信息工程學(xué)院　蘇　洋

基于MSP430的二維LED圖文顯示裝置設(shè)計(jì)

南京信息工程大學(xué)電子與信息工程學(xué)院蘇洋

本顯示裝置以MSP430F169單片機(jī)為主控制核心，并由紅外檢測模塊、主控模塊、二維LED顯示模塊、無線供電模塊、電機(jī)模塊以及藍(lán)牙模塊共6個(gè)子模塊組成。通過直流電機(jī)的高速平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，由無線供電模塊對立體和平面板上的LED進(jìn)行供電，在單片機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的圖像顯示和立體滾動(dòng)文字等效果。此外還可以通過無線藍(lán)牙模塊來選擇或切換各種顯示功能。

MSP430單片機(jī)；無線供電；藍(lán)牙傳輸；紅外檢測

好比LCD12864液晶顯示屏，本裝置可以播放相應(yīng)的動(dòng)畫效果圖來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示功能。本系統(tǒng)還可以準(zhǔn)確地完成一分鐘計(jì)時(shí)，在60秒到61秒之內(nèi)平面LED顯示的模擬秒鐘指針可以走完鐘盤一圈，并不晃動(dòng)。整個(gè)裝置功能新穎豐富且運(yùn)行可靠穩(wěn)定，而且成本低、效率高。

一、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和硬件平臺(tái)搭建

利用人眼視覺暫留特點(diǎn)以及在電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的帶動(dòng)下，LED在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)過不同位置時(shí)，MSP430單片機(jī)在程序的控制下點(diǎn)亮相應(yīng)位置的LED，實(shí)現(xiàn)線陣LED在水平旋轉(zhuǎn)平面和垂直旋轉(zhuǎn)平面上分別構(gòu)成不同的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖案。圖一是本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，可以看出本系統(tǒng)主要由直流電機(jī)、LED控制電路、水平面板和垂直面板四大部分組成，除此之外還含有很多子模塊。直流電機(jī)的作用就是帶動(dòng)水平面板和垂直面板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這個(gè)部分的關(guān)鍵就在于電機(jī)的轉(zhuǎn)速要均勻，這樣才能保證圖像在水平方向或垂直方向均不會(huì)被局部伸展或者壓縮重疊。

相比STC51單片機(jī)，TI公司生產(chǎn)的MSP430單片機(jī)具有明顯的優(yōu)勢。就I/O端口數(shù)目而言，要比51單片機(jī)多；在CPU的處理速度和片內(nèi)資源方面，430單片機(jī)也擁有巨大優(yōu)勢，最重要的是它可以實(shí)現(xiàn)超低功耗且絕大部分時(shí)間CPU是處在睡眠模式，等待中斷信號(hào)來喚醒CPU執(zhí)行相應(yīng)指令，所以選擇430單片機(jī)作為本系統(tǒng)LED控制電路模塊的中央處理器。水平面板上的LED和垂直面板上的LED通過細(xì)導(dǎo)線分別連接到單片機(jī)的P2，P4，P5，P6端口上，并且共陽極。通過相應(yīng)端口輸出低電平來點(diǎn)亮LED，輸出高電平來熄滅LED。

在搭建硬件平臺(tái)方面，LED可以選擇直插式的也可以采用貼片式。并且垂直面板和水平面板上LED的個(gè)數(shù)不少于16個(gè)，這樣可以滿足16*16的點(diǎn)陣漢字的顯示需求，但也不能焊接太多，因?yàn)橐紤]到文字和字符的顯示比例等實(shí)際的視覺效果，本裝置采用了水平和垂直各16個(gè)LED的方案。由于控制電路板和LED水平垂直面盤都是處在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，所以無法做到通過導(dǎo)線或者杜邦線從旋轉(zhuǎn)體下部給單片機(jī)和LED供電，那樣會(huì)將導(dǎo)線纏繞起來。綜合考慮，本系統(tǒng)采用線圈無線供電的方式，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊給電機(jī)供電的同時(shí)，交流電壓經(jīng)過電機(jī)的初、次級線圈進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電壓再經(jīng)過交流轉(zhuǎn)直流的芯片模塊，給主板上的MSP430單片機(jī)和貼片LED供電。在點(diǎn)亮LED時(shí)首先選擇好標(biāo)志桿，這是作為電機(jī)轉(zhuǎn)過一圈的標(biāo)志，用紅外對管來檢測。因?yàn)槊看谓oLED控制端口賦值都要在起點(diǎn)位置，否則LED旋轉(zhuǎn)顯示出來的字會(huì)出現(xiàn)重疊。每經(jīng)過一次標(biāo)志桿紅外接收管產(chǎn)生一次下降沿，單片機(jī)進(jìn)入相應(yīng)的下降沿觸發(fā)中斷子程序?qū)?biāo)志電機(jī)轉(zhuǎn)過一圈的BIT_timeout變量置位，以此來判斷電機(jī)是否已經(jīng)轉(zhuǎn)過一圈。

圖一

二、模塊程序算法和硬件的綜合調(diào)試

焊接好的主控板上面有MSP430f169最小系統(tǒng)電路和程序下載口，32個(gè)貼片電阻和LED，以及若干電阻、電容、三極管和排針。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，搭建硬件平臺(tái)是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，沒有硬件的搭建，后面的程序便沒法調(diào)試。一個(gè)好的硬件平臺(tái)可以很平穩(wěn)的實(shí)現(xiàn)后期程序算法的執(zhí)行，也有利于長時(shí)間的使用和不斷調(diào)試。焊接好主控板后，下載相應(yīng)的模塊程序到單片機(jī)中，在電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)下觀看顯示效果。調(diào)試發(fā)現(xiàn)每個(gè)單獨(dú)功能模塊的程序都能很好的實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果，但是在用藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能模塊程序之間的任意切換時(shí)，并不能達(dá)到預(yù)期的效果。經(jīng)過不斷的程序下載和硬件調(diào)試，最終發(fā)現(xiàn)是因?yàn)楹附釉谥骺匕迳系乃{(lán)牙模塊達(dá)不到額定的工作電壓（3.3V-5V）。于是在主板上安裝了兩節(jié)3V的鋰電池，這兩節(jié)鋰電池單獨(dú)為藍(lán)牙模塊供電。單獨(dú)供電的藍(lán)牙可以順利接受到主機(jī)發(fā)過來的數(shù)據(jù)，通過按下stm32單片機(jī)的觸摸屏按鍵，順利實(shí)現(xiàn)了主控板上430單片機(jī)中不同子模塊程序之間的任意切換。

圖二是在IAR軟件中本系統(tǒng)的主函數(shù)部分，程序的設(shè)計(jì)采用了模塊化編程的思想。因?yàn)樽幽K程序比較多且由于篇幅的限制，筆者在此就不附上具體模塊的算法程序了。

三、結(jié)語

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于MSP430F169單片機(jī)，通過電機(jī)的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，由無線供電模塊對立體和平面LED進(jìn)行供電，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的模擬時(shí)鐘指針和立體滾動(dòng)文字效果等效果。而且可通過無線藍(lán)牙模塊來選擇或切換各種顯示功能。還可以準(zhǔn)確地完成一分鐘計(jì)時(shí)，在60秒到61秒之內(nèi)，平面LED顯示的模擬秒鐘可以走完鐘盤一圈，并不晃動(dòng)。

［1］郭業(yè)才，黃友銳.模擬電子技術(shù)［M］.清華大學(xué)出版社.

［2］于殿泓，王新年.單片機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007，8.

［3］李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

［4］陳杰，黃鴻.傳感器與檢測技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2010.

蘇洋（1995-），男，江蘇淮安人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于南京信息工程大學(xué)電子與信息工程學(xué)院。