单片机技术的线阵LED图文显示装置
单片机技术的线阵LED图文显示装置[20200131185412]
摘 要
本设计利用MSP430F149为核心控制芯片，实现一个线阵LED图文显示装置。该装置能对16只LED逐个点亮，并且利用TPS5430DDA制作稳压电源模块，驱动电机稳定旋转。根据霍尔原理，采用A04E霍尔元件检测磁感应变化，实现信号的触发，抑制字符漂移，最后利用人眼的视觉暂留，构成出一个LED显示频，稳定的显示出同心圆、双渐开线、TI杯、指针式秒表。同时该装置采用光敏电阻根据外界环境亮暗，实现自动调节LED显示的亮度。
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关键字:】MSP430F149直流电机旋转LED显示屏TPS5430DDA
引言 1
一、总体设计方案 1
二、主要选用芯片介绍 2
（一）、MSP430F149性能特性 2
（二）、STC12C5204AD性能特性 4
（三）、霍尔传感器 5
三、电路设计 5
（一）、旋转LED显示模块 5
（二）、TPS5430稳压电源模块 6
（三）、 MSP430 单片机控制电路 6
（四）、 STC12C5204AD单片机控制电机启停的驱动电路 7
（五）、红外接受发射电路 7
（六）、光敏自动调节电路 8
四、系统软件实现 9
五、测试方案与测试结果 10
（一）、测试方案 10
（二）、测试结果及分析 10
六、结束语 11
参考资料 11
附录1 :程序 12
附录2:系统硬件原理图 32
附录3: 元件清单 33
附录4实物测试图： 35
引言
本系统使用霍尔传感器实现信号的触发，抑制漂移，同时选用高亮、发红光的LED。用光敏电阻实现环境亮度变换的自动调节，选用高效 TPS5430DDA芯片制作开关稳压电源，驱动直流电机的稳步高速运转。同时运用了低功耗、高速度、多端口的MSP430F149单片机芯片实现控制。整个系统硬件电路紧凑、对称、整齐，机械结构合理，重心稳定，很好地实现了各种功能。可用做广告牌、家庭装饰、娱乐显示等。
一、总体设计方案
旋转LED显示屏的总体框图如图1所示。本系统由两部分构成,第一部分以 MSP430F149为核心，并利用74HC573AN控制LED显示，同时采用霍尔元件检测磁感应变化，实现信号的触发，抑制字符漂移。另外电路采用光敏电阻，实现显示亮度能依据环境亮度变化自动调节。另一部分以STC12C5204AD为控制芯片，控制直流电机启停。两个电路通过红外发射接收电路实现有效组合。整个系统硬件设计包括单片机控制电路、霍尔传感器触发电路、光敏自动调节电路、红外发射接收电路、电源电路等。
图1 系统方框图
（一）、单片机控制电路
1、本系统选取TI公司的MSP430F149单片机，单片机I/O口对红外遥控进行指令采集，以判断红外遥控输入信息；P2口则用于传输显示数据，使16个LED线阵显示电路实时显示工作状态。
2、电机控制电路选用STC12C5204AD单片机，控制电机启停，单片机I/O口发出红外遥控指令，控制LED显示时间。
(二)、霍尔传感器触发电路
霍尔传感器触发电路采用霍尔传感器采集数据并检测标志杆，把霍尔传感器固定到旋转平台，一块小磁铁固定到标志杆上，并与霍尔传感器水平一条线放置。当旋转平台边缘上网霍尔传感器经过标志位的小磁铁时，传感器感应到磁场发生变化，同时产生输出电压脉冲，并将此脉冲送入单片机，实现信号触发。
（三）、光敏自动调节电路
光敏自动调节电路采用OP2430与光敏电阻搭建电路。组成负反馈放大电路输出。而光敏电阻的变化引起输出电压的变化，从而改变显示亮度，实现亮度随外界环境变化而自动调节。
（四）、红外发射接收电路
红外线发射接收电路用红外接收头接收发射头发射以宽度600/900μs 为发射脉冲,在5CM 之接收范围内，发出脉冲送给单片机采集数据，控制16个LED线阵显示时间。
（五）、电源电路
1、采用TPS5430稳压电源模块，选用带负载能力强 、 效率高 、稳定性强的 TPS 5430 芯片 , 为TPS430F149单片机提供正12V稳定压。
2、采用Y5033是低压差稳压管，输出一个稳定的3.3V电压，为MSP430F149单片机提供工作电压，同时为16位LED提供一个高电位。
3、为STC12C5204AD提供稳定的5V直流电源，保证电路能正常的工作。
二、主要选用芯片介绍
（一）、MSP430F149性能特性
MSP430系列是一种强调超低功耗的单片机品种，它CPU采用16位精简指令系统，集成有16位寄存器和常数发生器，发挥了最高的代码效率。它采用数字控制振荡器(DCO),使得从低功耗模式的转换时间小于6us。引脚图如图2所示；
低电压范围：1.8V-3.6V
超低功耗：活动模式：225uA at1MHz，2.2V;待机模式：0.8uA；掉电模式：(RAM数据保持)：0.1Ua
从待机到唤醒模式响应时间不超过6uS
频率锁相环，FLL+
16位精简指令系统，指令周期125-ns
带有三个捕捉、比较寄存器的16位定时器
集成96段LCD驱动器
片内计较器
串行在线可编程，无需提供外部编程电压
采用保险熔断丝的可编程代码保护措施
闪烁存储器，器件具有bootstrap程序装载器
P4
P5
数字I/O数字P1口到P6口共有6个8位I/O口互补输出 P1和P2口使用7个控制寄存器 而P3
和 P6口只用其中4个控制寄存器 最大限度提供了输入/输出的灵活性:
所有单独的I/O位都可以单独编程；允许任意组合输入 输出和中断条件；P1和P2口的所有8个位全部可以做外中断处理；可以使用所有指令和所有寄存器进行读写。
七个控制寄存器是
8位输入寄存器@ 端口 P1到P6；8位输出寄存器@ 端口 P1到P6；8位方向寄存器@ 端口 P1到P6；8位中断边沿选择寄存器@ 端口 P1和P2；8位中断标志寄存器@ 端口 P1和P2；8位中断允许寄存器@ 端口 P1和P2。
8位功能选择(用于端口或模块)寄存器 @ 端口 P1 到 P6
每个寄存器包含8位 有两个中断向量可供使用 一个通常用于P1.0到P1.7引脚中断事件,另一个通常用
于P2.0到P2.7的中断事件 P3 P4 P5和P6没有中断能力
LCD 驱动器
可以直接驱动静态 2-MUX 3-MUX 和4-MUX的液晶显示器 LCD的控制逻辑可以通过软件以内存
位操作形式来定义 LCD显示内存 是LCD模块的一部分 而不是数据存储器 有8种模式和控制位用来
定义LCD驱动器的操作和电流消耗 可以很容易地通过查表方法得到单个数字的驱动信息 字段信息可
以通过存储器操作指令存到LCD显示内存
驱动器采用外接分压电阻提供用于2- 3- 和4-MUX操作的模拟电压 I/O-LCD 双功能引脚可以通
过指令选择是做I/O还是LCD功能使用 在POR和PUC后 默认的功能是I/O MSP430x41x 系列芯片有
4个公共引线, 24个字段引线和4个模拟电平调整引脚
LCD方式控制寄存器7 6 5 位按二进制组合 定义如下
000 : P5.1/S0到P2.2/S23引脚用作I/O 不作字段引线
001 : P5.1/S0 到P3.2/S15 引脚用作字段引脚, P3.1/S16到P2.2/S23用作数字I/O
010 : P5.1/S0到P2.6CAOUT//S19引脚用作段引脚, P2.5/S20到P2.2/S23用作数字I/O
011..111 :P5.1/S0 到 P2.2/S23 用作段引脚。
（二）、STC12C5204AD性能特性
STC12C5204AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2 路PWM,8 路高速8 位A/D 转换(300K/S),针对电机控制，强干扰场合。引脚图如图3所示；主要性能为：
摘 要
本设计利用MSP430F149为核心控制芯片，实现一个线阵LED图文显示装置。该装置能对16只LED逐个点亮，并且利用TPS5430DDA制作稳压电源模块，驱动电机稳定旋转。根据霍尔原理，采用A04E霍尔元件检测磁感应变化，实现信号的触发，抑制字符漂移，最后利用人眼的视觉暂留，构成出一个LED显示频，稳定的显示出同心圆、双渐开线、TI杯、指针式秒表。同时该装置采用光敏电阻根据外界环境亮暗，实现自动调节LED显示的亮度。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】MSP430F149直流电机旋转LED显示屏TPS5430DDA
引言 1
一、总体设计方案 1
二、主要选用芯片介绍 2
（一）、MSP430F149性能特性 2
（二）、STC12C5204AD性能特性 4
（三）、霍尔传感器 5
三、电路设计 5
（一）、旋转LED显示模块 5
（二）、TPS5430稳压电源模块 6
（三）、 MSP430 单片机控制电路 6
（四）、 STC12C5204AD单片机控制电机启停的驱动电路 7
（五）、红外接受发射电路 7
（六）、光敏自动调节电路 8
四、系统软件实现 9
五、测试方案与测试结果 10
（一）、测试方案 10
（二）、测试结果及分析 10
六、结束语 11
参考资料 11
附录1 :程序 12
附录2:系统硬件原理图 32
附录3: 元件清单 33
附录4实物测试图： 35
引言
本系统使用霍尔传感器实现信号的触发，抑制漂移，同时选用高亮、发红光的LED。用光敏电阻实现环境亮度变换的自动调节，选用高效 TPS5430DDA芯片制作开关稳压电源，驱动直流电机的稳步高速运转。同时运用了低功耗、高速度、多端口的MSP430F149单片机芯片实现控制。整个系统硬件电路紧凑、对称、整齐，机械结构合理，重心稳定，很好地实现了各种功能。可用做广告牌、家庭装饰、娱乐显示等。
一、总体设计方案
旋转LED显示屏的总体框图如图1所示。本系统由两部分构成,第一部分以 MSP430F149为核心，并利用74HC573AN控制LED显示，同时采用霍尔元件检测磁感应变化，实现信号的触发，抑制字符漂移。另外电路采用光敏电阻，实现显示亮度能依据环境亮度变化自动调节。另一部分以STC12C5204AD为控制芯片，控制直流电机启停。两个电路通过红外发射接收电路实现有效组合。整个系统硬件设计包括单片机控制电路、霍尔传感器触发电路、光敏自动调节电路、红外发射接收电路、电源电路等。
图1 系统方框图
（一）、单片机控制电路
1、本系统选取TI公司的MSP430F149单片机，单片机I/O口对红外遥控进行指令采集，以判断红外遥控输入信息；P2口则用于传输显示数据，使16个LED线阵显示电路实时显示工作状态。
2、电机控制电路选用STC12C5204AD单片机，控制电机启停，单片机I/O口发出红外遥控指令，控制LED显示时间。
(二)、霍尔传感器触发电路
霍尔传感器触发电路采用霍尔传感器采集数据并检测标志杆，把霍尔传感器固定到旋转平台，一块小磁铁固定到标志杆上，并与霍尔传感器水平一条线放置。当旋转平台边缘上网霍尔传感器经过标志位的小磁铁时，传感器感应到磁场发生变化，同时产生输出电压脉冲，并将此脉冲送入单片机，实现信号触发。
（三）、光敏自动调节电路
光敏自动调节电路采用OP2430与光敏电阻搭建电路。组成负反馈放大电路输出。而光敏电阻的变化引起输出电压的变化，从而改变显示亮度，实现亮度随外界环境变化而自动调节。
（四）、红外发射接收电路
红外线发射接收电路用红外接收头接收发射头发射以宽度600/900μs 为发射脉冲,在5CM 之接收范围内，发出脉冲送给单片机采集数据，控制16个LED线阵显示时间。
（五）、电源电路
1、采用TPS5430稳压电源模块，选用带负载能力强 、 效率高 、稳定性强的 TPS 5430 芯片 , 为TPS430F149单片机提供正12V稳定压。
2、采用Y5033是低压差稳压管，输出一个稳定的3.3V电压，为MSP430F149单片机提供工作电压，同时为16位LED提供一个高电位。
3、为STC12C5204AD提供稳定的5V直流电源，保证电路能正常的工作。
二、主要选用芯片介绍
（一）、MSP430F149性能特性
MSP430系列是一种强调超低功耗的单片机品种，它CPU采用16位精简指令系统，集成有16位寄存器和常数发生器，发挥了最高的代码效率。它采用数字控制振荡器(DCO),使得从低功耗模式的转换时间小于6us。引脚图如图2所示；
低电压范围：1.8V-3.6V
超低功耗：活动模式：225uA at1MHz，2.2V;待机模式：0.8uA；掉电模式：(RAM数据保持)：0.1Ua
从待机到唤醒模式响应时间不超过6uS
频率锁相环，FLL+
16位精简指令系统，指令周期125-ns
带有三个捕捉、比较寄存器的16位定时器
集成96段LCD驱动器
片内计较器
串行在线可编程，无需提供外部编程电压
采用保险熔断丝的可编程代码保护措施
闪烁存储器，器件具有bootstrap程序装载器
P4
P5
数字I/O数字P1口到P6口共有6个8位I/O口互补输出 P1和P2口使用7个控制寄存器 而P3
和 P6口只用其中4个控制寄存器 最大限度提供了输入/输出的灵活性:
所有单独的I/O位都可以单独编程；允许任意组合输入 输出和中断条件；P1和P2口的所有8个位全部可以做外中断处理；可以使用所有指令和所有寄存器进行读写。
七个控制寄存器是
8位输入寄存器@ 端口 P1到P6；8位输出寄存器@ 端口 P1到P6；8位方向寄存器@ 端口 P1到P6；8位中断边沿选择寄存器@ 端口 P1和P2；8位中断标志寄存器@ 端口 P1和P2；8位中断允许寄存器@ 端口 P1和P2。
8位功能选择(用于端口或模块)寄存器 @ 端口 P1 到 P6
每个寄存器包含8位 有两个中断向量可供使用 一个通常用于P1.0到P1.7引脚中断事件,另一个通常用
于P2.0到P2.7的中断事件 P3 P4 P5和P6没有中断能力
LCD 驱动器
可以直接驱动静态 2-MUX 3-MUX 和4-MUX的液晶显示器 LCD的控制逻辑可以通过软件以内存
位操作形式来定义 LCD显示内存 是LCD模块的一部分 而不是数据存储器 有8种模式和控制位用来
定义LCD驱动器的操作和电流消耗 可以很容易地通过查表方法得到单个数字的驱动信息 字段信息可
以通过存储器操作指令存到LCD显示内存
驱动器采用外接分压电阻提供用于2- 3- 和4-MUX操作的模拟电压 I/O-LCD 双功能引脚可以通
过指令选择是做I/O还是LCD功能使用 在POR和PUC后 默认的功能是I/O MSP430x41x 系列芯片有
4个公共引线, 24个字段引线和4个模拟电平调整引脚
LCD方式控制寄存器7 6 5 位按二进制组合 定义如下
000 : P5.1/S0到P2.2/S23引脚用作I/O 不作字段引线
001 : P5.1/S0 到P3.2/S15 引脚用作字段引脚, P3.1/S16到P2.2/S23用作数字I/O
010 : P5.1/S0到P2.6CAOUT//S19引脚用作段引脚, P2.5/S20到P2.2/S23用作数字I/O
011..111 :P5.1/S0 到 P2.2/S23 用作段引脚。
（二）、STC12C5204AD性能特性
STC12C5204AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2 路PWM,8 路高速8 位A/D 转换(300K/S),针对电机控制，强干扰场合。引脚图如图3所示；主要性能为：
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