MSP430线阵LED图文显示
MSP430线阵LED图文显示[20200128193617]
【摘 要】
本课题利用视觉暂留现象和POV LED技术，在MSP430平台上，设计制作一个旋转的单色LED屏幕，能动态地显示预设的文字、时间、图形、甚至慢速的动画，显示内容可以通过按键切换控制。显示的内容在光线较暗甚至全黑暗的情况下，效果尤其突出。该项目可以节约屏幕空间和降低制造成本，可用于广告宣传、指示、展会等领域，有较高的潜在美学及使用价值。本设计使用MSP430芯片作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动16盏LED线阵。设计分为四个模块,单片机控制模块、电机控制模块、功能切换控制模块、LED显示模块构成。单片机控制模块以单片机为核心，以软件CCSv5.1编程实现信号输出，以驱动16盏LED线阵显示块为目的。通过电机的高速转动带动LED旋转显示方式显示“同心圆”“TI杯”“双渐开线”“时钟”四个图形。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】MSP430单片机,线阵LED,稳压管,直流电机,图文显示。
引言 1
一、系统方案论证 2
（一）方案的制定 2
（二）系统方案论证和比较 2
1.电机的比较与选择 2
2. LED控制系统 3
二、电路设计 5
(一)系统总体方案设计 5
（二）系统硬件电路设计 6
1.系统电源设计 6
2.降压电路设计 6
3.单片机G2553控制电路的设计 7
4.功能切换电路设计 7
5.LED显示电路设计 7
6.电机控制电路设计 8
（三）系统软件电路设计 9
三、安装与调试 11
（一）安装 11
1.电机安装 11
2.LED电路板的制作 11
3.电机和LED电路板连接 11
（二）调试 11
1.LED显示电路的测试 11
2.整体电路的调试 12
3.LED显示图案的调试 12
4.电机调试 12
四、实物展示 13
五、设计总结与展望 14
参考文献 15
致 谢 16
附录一：线阵LED图文显示装置PCB图 17
附录二：主要程序清单 18
引言
由于物理学的重大突破，电子技术在20世纪取得了惊人的进步。特别是近40年来，电子技术的发展突飞猛进，无论是工业、农业、还是国防领域都随之发生了重大变革，也为技术创新打下了坚实的理论基础。我们则应当具备开发和创新的能力，本设计所介绍的旋转LED图文显示装置就是一个例子。通过单片机的应用和普通直流电机的改装实现这一功能，通过良好的视觉效果激发我们对电子科学的兴趣。
人的眼睛对动态频次分辨率一般为1/16~1/24 s。电影片放映机以24帧/s的速度过卷,由于视觉滞后效应,使映现在屏幕上的单个静态画面,变成了连续动作的图文画面,配上声音就成了电影。而LED旋转式图文显示装置,也是植根于“视觉滞后效应”和LED图文显示装置控制软件基础上而演绎出来的电子信息显示媒体,但它比历经百年发展起来的电影更复杂。在能稳定旋转的载体上安装LED发光器件,静止时,发光管等间距分列排开,随着旋转速度的加快,在计算机软件精确的时序控制下,不断扫描出预设的图案、符号和文字,犹如海市蜃楼般的幻景映现流淌在柱型、球型、盘型、扇型等载体的表面上,给人以全新的感觉。
本设计是利用人眼视觉暂留效应的线阵LED
LED线阵作为一种显示材料，近年来发展很快，市场前景良好。但目前国内有一些研究成果存在显示亮度不均匀、不能实时显示等缺点。据了解，一般都是将要显示的内容烧录进芯片，内容固定循环显示，无法实时变更显示内容及显示方式，不方便使用，而且价格昂贵。本文将应用视觉暂留的原理，研制出一种新型环形显示系统。通过电机带动一列LED高速旋转，由单片机精确控制实现字符、图形及简单动态画面的清晰显示，可实时变更显示内容及显示方式.系统原理应用巧妙、技术含量高、成本低廉、市场前景广阔，可成为新的经济增长点。
本文首先介绍本设计的相关概念以及目前发展的状况，然后是设计的方案选择与论证，接下来，具体介绍了硬件电路组成模块与系统软件的设计。最后介绍了系统的调试以及设计可扩展性。
本文研究的内容如下：
1.单片机控制模块：采用MSP430或其他系列单片机作为控制核心，其他相关的外围电路构成。
2.电机控制电路模块：采用实验室稳压电源，其中电源电压不大于15V。
3.功能转换电路模块：采用按键功能实现。
4.LED显示模块：显示稳定的图文等信息。
根据上述的研究内容，论文的结构安排如下：
第一部分主要阐述系统方案的选择与论证，根据系统要实现的主要功能，把整个系统分为单片机控制模块、电机控制模块、功能切换控制模块、LED显示模块等，并分别对各模块方案进行了选择与论证。
第二部分主要阐述系统硬件电路设计与实现，主要介绍了硬件电路的设计，并对各单元电路进行说明，主要是对各单元电路的主要元件的结构概念 引脚功能以及特点进行说明。
第三部分主要阐述的是系统软件设计，主要是对主程序的结构图和时间的流程图进行说明。
第四部分主要阐述是系统调试及结果分析
第五部分主要是设计结束和总结。
一、系统方案论证
（一）方案的制定
我们的方案如下:见图1。
图1 图文显示装置示意图
通过图1，我们可以一目了然的看出这个设计我们所需的器件。我们先选塑料盒把电动机固定起来，再用MSP430单片机控制LED灯，最后让电动机旋转起来，通过编写相应的程序来控制LED灯的亮灭时间，从而实现LED自检、多个同心圆、字母、汉字和时钟。
我通过查阅相关的资料和认真比较后认为这个方案是可行的。
（二）系统方案论证和比较
1.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，直流电机具有调速性能好、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。
2. LED控制系统
方案一：选用AT89C51单片机。
方案二：选用MSP430单片机。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含有4kb的可反复擦写的只读程序存储器和128的随机存取数据存储器，器件采用AEMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，功能强大，可灵活应用于各种控制领域。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为40引脚双列直插芯片，有四个I∕O线都能独立地输入或输出。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其引脚配置见图2。
图2 AT89C51引脚说明图
MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在8MHz晶体驱动下指令周期为125 ns。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
在运算速度方面，MSP430系列单片机能在8MHz晶体的驱动下，实现125ns的指令周期。16位的数据宽度、125ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如FFT等）。
MSP430系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只用6us。
【摘 要】
本课题利用视觉暂留现象和POV LED技术，在MSP430平台上，设计制作一个旋转的单色LED屏幕，能动态地显示预设的文字、时间、图形、甚至慢速的动画，显示内容可以通过按键切换控制。显示的内容在光线较暗甚至全黑暗的情况下，效果尤其突出。该项目可以节约屏幕空间和降低制造成本，可用于广告宣传、指示、展会等领域，有较高的潜在美学及使用价值。本设计使用MSP430芯片作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动16盏LED线阵。设计分为四个模块,单片机控制模块、电机控制模块、功能切换控制模块、LED显示模块构成。单片机控制模块以单片机为核心，以软件CCSv5.1编程实现信号输出，以驱动16盏LED线阵显示块为目的。通过电机的高速转动带动LED旋转显示方式显示“同心圆”“TI杯”“双渐开线”“时钟”四个图形。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】MSP430单片机,线阵LED,稳压管,直流电机,图文显示。
引言 1
一、系统方案论证 2
（一）方案的制定 2
（二）系统方案论证和比较 2
1.电机的比较与选择 2
2. LED控制系统 3
二、电路设计 5
(一)系统总体方案设计 5
（二）系统硬件电路设计 6
1.系统电源设计 6
2.降压电路设计 6
3.单片机G2553控制电路的设计 7
4.功能切换电路设计 7
5.LED显示电路设计 7
6.电机控制电路设计 8
（三）系统软件电路设计 9
三、安装与调试 11
（一）安装 11
1.电机安装 11
2.LED电路板的制作 11
3.电机和LED电路板连接 11
（二）调试 11
1.LED显示电路的测试 11
2.整体电路的调试 12
3.LED显示图案的调试 12
4.电机调试 12
四、实物展示 13
五、设计总结与展望 14
参考文献 15
致 谢 16
附录一：线阵LED图文显示装置PCB图 17
附录二：主要程序清单 18
引言
由于物理学的重大突破，电子技术在20世纪取得了惊人的进步。特别是近40年来，电子技术的发展突飞猛进，无论是工业、农业、还是国防领域都随之发生了重大变革，也为技术创新打下了坚实的理论基础。我们则应当具备开发和创新的能力，本设计所介绍的旋转LED图文显示装置就是一个例子。通过单片机的应用和普通直流电机的改装实现这一功能，通过良好的视觉效果激发我们对电子科学的兴趣。
人的眼睛对动态频次分辨率一般为1/16~1/24 s。电影片放映机以24帧/s的速度过卷,由于视觉滞后效应,使映现在屏幕上的单个静态画面,变成了连续动作的图文画面,配上声音就成了电影。而LED旋转式图文显示装置,也是植根于“视觉滞后效应”和LED图文显示装置控制软件基础上而演绎出来的电子信息显示媒体,但它比历经百年发展起来的电影更复杂。在能稳定旋转的载体上安装LED发光器件,静止时,发光管等间距分列排开,随着旋转速度的加快,在计算机软件精确的时序控制下,不断扫描出预设的图案、符号和文字,犹如海市蜃楼般的幻景映现流淌在柱型、球型、盘型、扇型等载体的表面上,给人以全新的感觉。
本设计是利用人眼视觉暂留效应的线阵LED
LED线阵作为一种显示材料，近年来发展很快，市场前景良好。但目前国内有一些研究成果存在显示亮度不均匀、不能实时显示等缺点。据了解，一般都是将要显示的内容烧录进芯片，内容固定循环显示，无法实时变更显示内容及显示方式，不方便使用，而且价格昂贵。本文将应用视觉暂留的原理，研制出一种新型环形显示系统。通过电机带动一列LED高速旋转，由单片机精确控制实现字符、图形及简单动态画面的清晰显示，可实时变更显示内容及显示方式.系统原理应用巧妙、技术含量高、成本低廉、市场前景广阔，可成为新的经济增长点。
本文首先介绍本设计的相关概念以及目前发展的状况，然后是设计的方案选择与论证，接下来，具体介绍了硬件电路组成模块与系统软件的设计。最后介绍了系统的调试以及设计可扩展性。
本文研究的内容如下：
1.单片机控制模块：采用MSP430或其他系列单片机作为控制核心，其他相关的外围电路构成。
2.电机控制电路模块：采用实验室稳压电源，其中电源电压不大于15V。
3.功能转换电路模块：采用按键功能实现。
4.LED显示模块：显示稳定的图文等信息。
根据上述的研究内容，论文的结构安排如下：
第一部分主要阐述系统方案的选择与论证，根据系统要实现的主要功能，把整个系统分为单片机控制模块、电机控制模块、功能切换控制模块、LED显示模块等，并分别对各模块方案进行了选择与论证。
第二部分主要阐述系统硬件电路设计与实现，主要介绍了硬件电路的设计，并对各单元电路进行说明，主要是对各单元电路的主要元件的结构概念 引脚功能以及特点进行说明。
第三部分主要阐述的是系统软件设计，主要是对主程序的结构图和时间的流程图进行说明。
第四部分主要阐述是系统调试及结果分析
第五部分主要是设计结束和总结。
一、系统方案论证
（一）方案的制定
我们的方案如下:见图1。
图1 图文显示装置示意图
通过图1，我们可以一目了然的看出这个设计我们所需的器件。我们先选塑料盒把电动机固定起来，再用MSP430单片机控制LED灯，最后让电动机旋转起来，通过编写相应的程序来控制LED灯的亮灭时间，从而实现LED自检、多个同心圆、字母、汉字和时钟。
我通过查阅相关的资料和认真比较后认为这个方案是可行的。
（二）系统方案论证和比较
1.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，直流电机具有调速性能好、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。
2. LED控制系统
方案一：选用AT89C51单片机。
方案二：选用MSP430单片机。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含有4kb的可反复擦写的只读程序存储器和128的随机存取数据存储器，器件采用AEMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，功能强大，可灵活应用于各种控制领域。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为40引脚双列直插芯片，有四个I∕O线都能独立地输入或输出。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其引脚配置见图2。
图2 AT89C51引脚说明图
MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在8MHz晶体驱动下指令周期为125 ns。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
在运算速度方面，MSP430系列单片机能在8MHz晶体的驱动下，实现125ns的指令周期。16位的数据宽度、125ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如FFT等）。
MSP430系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只用6us。
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