线阵LED图文显示装置论文.doc

线阵LED图文显示装置(H题)
摘要:本系统是利用人眼视觉暂留效应的线阵 LED 图文显示系统. 该系统由电机带动一列16个 LED 高速旋转, 以TI公司的超低功耗MCU MSP430G2553处理器为核心,精确控制 LED 的亮灭时间, 从而实现字符及简单动态画面的显示.。采用通用LED取模软件, 将要显示的内容取模转换为数字信号, 并将该信号传输给线阵LED。系统由MSP430G2553控制电路、直流电机及其驱动、线阵LED、标志杆等部分组成, 能够开机自动检测,通过按键切换来控制显示不同的内容, 根据环境亮度变化采用TI芯片TLC555输出PWM波自动调整LED亮暗。实验表明该系统达到了设计的各项要求。
关键词:MSP430G2553 线阵LED 直流电机图文显示
·1 系统方案论证与比较
· 单片机G2553控制选择
采用TI公司的MSP430G2553,该单片机具有超低功耗及强大的处理能力,并有高性能模拟技术及丰富的片上外围模块,其构成系统工作稳定,具有方便高效的开发环境,因此在性价比、功耗、速度都优越于其他控制器。
· 电机的比较与选择
方案一:采用步进电机来带动旋转平台,步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的控制元件,使得在速度、位置等控制领域用步进电机变的非常简单。故不选择。
方案二:运用直流电机带动旋转平台,直流动机具有调速性能好、起动容易、能够载重起动等优点,所以目前直流电动机的应用仍然很广泛。
由于步进电机转速不易调整,而直流电机机械特性和调节特性的线性度好,调速范围广、维护方便,满足题目要求,所以我们选择直流电机带动旋转平台。
· 电机驱动电路比较与选择
方案一:中功率三级管直接搭建。在电机驱动要求不高的地方可以由三极管直接搭建一个驱动电路,使用三级关搭建的电机驱动电路电路简单,但功率和性能一般。对输入信号要求较高,输出性能只能满足一般要求。
方案二:使用单片机MSP430G2553 控制电机驱动芯片L298N。L298N的驱动能力强,输入电压可变化范围大,是一块专用直流电机驱动芯片。其各项性能都较好,但价格较高,在电机要求驱动器较高的地方使用较佳。
在该系统中,带动旋转平台的直流电机使用L298N驱动模块,很容易实现对电机较稳的控制,故采用方案二。
· 亮度自动调节电路比较与选择
方案一:采用线性较好的光敏电阻,将光敏电阻串入控制电路的输出端再接入线阵LED灯,当光亮度变化时即可改变电流大小,从而达到亮暗调节。但是电路不稳定,故不采取此方案。
方案二:采用光敏电阻与TLC555搭建电路。用TLC555、电容、电位器组成振荡电路产生稳定的PWM波输出。而光敏电阻的变化引起输出PWM波占空比的变化,从而改变显示亮度。电路简单,且易于控制,因此选定此方案作为环境亮度变化调节电路。
·2 理论分析与参数计算
· 线状点阵LED驱动参数分析与计算
该线状点阵中LED驱动方法为普通的LED与电阻串联的方式来驱动点亮LED,该限流电阻计算公式如下:
根据设计要求,,,可求得限流电阻:
经计算采用电阻与LED串联即可。
· 线阵LED运动参数分析与计算
在电机的带动下,线阵LED依靠旋转平台进行旋转,设电机周期为,LED完成需要时间为,软件延时为,它们之间存在下列关系:
只要保证,经计算由,得,线阵LED就能很好的地显示图文。
· 指针式秒表分析与计算
指针秒表完全通过软件来控制显示,设电机周期为,LED完成需要时间为,软件延时为、,存在下列关系:
保证成立,确定LED完成需要时间为,线阵LED就能很好的地显示秒表计时。
· 显示亮度自动调节分析与计算
采用TI的TLC555、电容,、电阻,和光敏电阻等组成振荡电路产生稳定的PWM波输出。则产生PWM波的周期、高电平及其占空比的计算公式如下:
光敏电阻的变化引起输出PWM波占空比的变化,从而改变显示亮度,即电流控制。控制电流大小计算如下:
·3 电路与程序设计
· 电路设计
· 系统总体方案设计
本系统将外接的12V电源给电机供电,,通过电源调压芯片LP2950-。单片机按照一定的算法控制电机的转动,使电机转动稳定以完成各种控制动作,总体设计框图如图1。
图 1
· 系统电源设计
系统需要12V、,采用12V开关电源给直流电机供电,-,系统电源电路图见附图一。
· 单片机G2553控制电路的设计
控制电路主要有单片机MSP43