基于MSP430的二維LED圖文顯示裝置設(shè)計

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

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、電機模塊以及藍(lán)牙模塊共6個子模塊組成。通過直流電機的高速平穩(wěn)轉(zhuǎn)動，由無線供電模塊對立體和平面板上的LED進(jìn)行供電，在單片機的控制下實現(xiàn)相應(yīng)的圖像顯示和立體滾動文字等效果。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；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)的動畫效果圖來實現(xiàn)動態(tài)顯示功能。本系統(tǒng)還可以準(zhǔn)確地完成一分鐘計時，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。整個裝置功能新穎豐富且運行可靠穩(wěn)定，而且成本低、效率高。

一、系統(tǒng)方案設(shè)計和硬件平臺搭建

利用人眼視覺暫留特點以及在電機高速轉(zhuǎn)動的帶動下，LED在旋轉(zhuǎn)運動過程中經(jīng)過不同位置時，MSP430單片機在程序的控制下點亮相應(yīng)位置的LED，實現(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)或動態(tài)圖案。圖一是本系統(tǒng)的硬件平臺，可以看出本系統(tǒng)主要由直流電機、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。直流電機的作用就是帶動水平面板和垂直面板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這個部分的關(guān)鍵就在于電機的轉(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被局部伸展或者壓縮重疊。

相比STC51單片機，TI公司生產(chǎn)的MSP430單片機具有明顯的優(yōu)勢。就I/O端口數(shù)目而言，要比51單片機多；在CPU的處理速度和片內(nèi)資源方面，430單片機也擁有巨大優(yōu)勢，最重要的是它可以實現(xiàn)超低功耗且絕大部分時間CPU是處在睡眠模式，等待中斷信號來喚醒CPU執(zhí)行相應(yīng)指令，所以選擇430單片機作為本系統(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亮LED，輸出高電平來熄滅LED。

在搭建硬件平臺方面，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的個數(shù)不少于16個，這樣可以滿足16*16的點陣漢字的顯示需求，但也不能焊接太多，因為要考慮到文字和字符的顯示比例等實際的視覺效果，本裝置采用了水平和垂直各16個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)體下部給單片機和LED供電，那樣會將導(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，在電機驅(qū)動模塊給電機供電的同時，交流電壓經(jīng)過電機的初、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單片機和貼片LED供電。在點亮LED時首先選擇好標(biāo)志桿，這是作為電機轉(zhuǎn)過一圈的標(biāo)志，用紅外對管來檢測。因為每次給LED控制端口賦值都要在起點位置，否則LED旋轉(zhuǎn)顯示出來的字會出現(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，單片機進(jìn)入相應(yīng)的下降沿觸發(fā)中斷子程序?qū)?biāo)志電機轉(zhuǎn)過一圈的BIT_timeout變量置位，以此來判斷電機是否已經(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)計過程中，搭建硬件平臺是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，沒有硬件的搭建，后面的程序便沒法調(diào)試。一個好的硬件平臺可以很平穩(wěn)的實現(xiàn)后期程序算法的執(zhí)行，也有利于長時間的使用和不斷調(diào)試。焊接好主控板后，下載相應(yīng)的模塊程序到單片機中，在電機的高速旋轉(zhuǎn)下觀看顯示效果。調(diào)試發(fā)現(xiàn)每個單獨功能模塊的程序都能很好的實現(xiàn)預(yù)期效果，但是在用藍(lán)牙實現(xiàn)各個功能模塊程序之間的任意切換時，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)是因為焊接在主控板上的藍(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)鋰電池單獨為藍(lán)牙模塊供電。單獨供電的藍(lán)牙可以順利接受到主機發(fā)過來的數(shù)據(jù)，通過按下stm32單片機的觸摸屏按鍵，順利實現(xiàn)了主控板上430單片機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)計采用了模塊化編程的思想。因為子模塊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)計了一個基于MSP430F169單片機，通過電機的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動，由無線供電模塊對立體和平面LED進(jìn)行供電，實現(xiàn)相應(yīng)的模擬時鐘指針和立體滾動文字效果等效果。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)確地完成一分鐘計時，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。

［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.單片機原理與程序設(shè)計實驗教程［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。