基于MSP430F169的環(huán)境光自適應LED顯示屏設計-設計應用

精品文檔-下載后可編輯基于MSP430F169的環(huán)境光自適應LED顯示屏設計-設計應用摘要：本設計主要實現(xiàn)LED顯示屏隨著環(huán)境光改變其亮度，以避免白天顯示不清或黑夜因太亮而炫目；并與上位機進行通信。本系統(tǒng)由MSP430F169單片機、16*32共陽極LED點陣顯示屏、行驅動電路、列驅動電路、環(huán)境光自適應電路、數(shù)字開關調(diào)壓電路、直流穩(wěn)壓源電路等組成。采用按列并行發(fā)送數(shù)據(jù)，按行掃描的方式實現(xiàn)LED點陣屏內(nèi)容的顯示；單片機通過數(shù)字開關調(diào)壓電路實現(xiàn)對LED點陣屏電源電壓的自動調(diào)節(jié)，使屏幕亮度隨環(huán)境光自動變化。

LED點陣顯示屏在生活中是很常見的，給我們的生活帶來了很多的便利。由于LED顯示亮度不能隨外界環(huán)境光而改變，存在白天顯示不清或黑夜因太亮而炫目的問題。如果能實現(xiàn)控制其亮度，不僅可以節(jié)省能源，還可以使顯示屏的顯示效果更加清晰。本設計介紹的是利用MSP430F169單片機系統(tǒng)控制的環(huán)境光自適應LED顯示屏，該屏能夠根據(jù)環(huán)境光的強弱自動調(diào)整亮度，以避免白天顯示不清或黑夜因太亮而炫目，并與上位機進行通信。LED顯示屏應用領域廣泛，如商場、娛樂場所、工廠、學校等大型場所，對其研究有著實用的價值及良好的發(fā)展前景。

1系統(tǒng)結構框圖

本系統(tǒng)主要由MSP430F169單片機系統(tǒng)、降壓整流濾波電路、穩(wěn)壓電路、開關調(diào)壓電路、RS485通信接口電路、LED行列驅動電路、環(huán)境光檢測電路、LED顯示屏、上位PC計算機等構成。

本系統(tǒng)的結構框圖，如圖1所示。

圖1系統(tǒng)結構框

2基本原理

本設計采用列發(fā)送數(shù)據(jù)，行掃描的方式實現(xiàn)LED顯示文字或圖像。本方法與硬件電路相結合，達到顯示屏整體亮度相對均勻的目的。

利用光敏電阻對環(huán)境光的敏感特性，采集環(huán)境光的變化狀況，將其轉換成電信號并送入到單片機中，由單片機進行信號處理，并按照一定的規(guī)律控制輸出PWM波的占空比。

在單片機與LED顯示屏之間加一個開關調(diào)壓電路，實現(xiàn)單片機對顯示屏的亮度調(diào)整。將調(diào)整后的PWM波對開關調(diào)壓電路進行控制，從而調(diào)節(jié)顯示屏的輸入電壓的大小，終實現(xiàn)顯示屏的亮度控制。

3電路設計

3.1MSP430F169單片機系統(tǒng)電路

MSP430F169單片機系統(tǒng)電路為主控制電路。MSP430系列單片機是美國德州儀器公司1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器（MixedSignalProcessor），該單片機具有以下幾個特點：超低功耗、強大的處理能力、豐富的片內(nèi)外圍模塊、方便高效的開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)工作穩(wěn)定。由于MSP430F169單片機內(nèi)部集成了12位的A/D和D/A并且產(chǎn)生PWM波程序簡單，不再需要外加A/D電路、D/A電路和PWM波產(chǎn)生電路，由此簡化了外圍電路的設計，所以本設計選用MSP430F169單片機，如圖2所示。

圖2單片機系統(tǒng)電路

3.2降壓整流濾波電路

220V交流電經(jīng)過變壓器降壓后，由整流橋整流成單向脈動電壓，經(jīng)電容濾波成脈動很小的直流電壓。由于該直流電壓隨電網(wǎng)電壓波動，如果直接作為顯示屏電源，會造成顯示屏的閃爍，因此采用穩(wěn)壓電路對其進行穩(wěn)壓。7805是專用的三端穩(wěn)壓器件，輸入濾波后的電壓（U≈9V），穩(wěn)壓輸出的5V電壓（VCC）供IPIC68273使用。MSP430系列單片機電源電壓范圍是1.8～3.6V，因此將5V電壓經(jīng)二極管降壓0.7V（VSS）后，供單片機系統(tǒng)使用。經(jīng)長期實驗證明，單片機系統(tǒng)可長期安全可靠運行，其優(yōu)點是與5V供電的TTL或CMOS電路接口，不必再加電平轉換電路，如圖3所示。

圖3降壓整流濾波電路

3.3開關調(diào)壓電路

利用兩個NPN型晶體管組成反相放大電路以實現(xiàn)PMOS開關管斬波放大，用PWM波調(diào)整PMOS開關管的導通時間來控制VDD作用于顯示屏的平均電壓的大小，進而控制LED的亮度。

為防止網(wǎng)絡電壓的波動對顯示屏造成影響，故用定值電阻R4與R5組成分壓測量電路，對電壓進行測量控制，用于實現(xiàn)顯示屏電壓的穩(wěn)定可靠，如圖4所示。

圖4開關調(diào)壓電路

3.4行列驅動電路

LED顯示驅動采用動態(tài)掃描驅動方式，每次只能點亮一行LED（共陽形式LED顯示點陣模塊），由于TPIC6B273是以OC門方式輸出的，所以特別適宜選擇共陽形式LED顯示點陣模塊做基礎顯示單元。行掃描電路采用4/16譯碼器CD4515譯碼形成行掃描脈沖，放大后直接形成行掃描信號，如圖5所示。

圖5單色共陽極LED驅動電路

3.5環(huán)境光檢測電路

光敏電阻是用半導體材料制成的光電器件，它沒有極性。利用光敏電阻RG與定值電阻R1組成環(huán)境光檢測電路，通過測量R1兩端電壓的變化來檢測環(huán)境光強弱的變化，如圖6所示。

圖6環(huán)境光檢測電路

3.6RS485通信接口電路

MAX485是用于RS485通信的差分平衡收發(fā)器，由MAXIM公司生產(chǎn)。芯片內(nèi)部包含一個驅動器和一個接收器，適用于半雙工通信。上位PC機通過通信接口電路與單片機系統(tǒng)進行通信，如圖7所示。

圖7RS485通信接口電路

4程序設計

環(huán)境光自適應LED顯示屏控制程序使用IAR軟件，利用C語言進行編寫，如圖8所示。

圖8環(huán)境自適應LED顯示屏程序框

5結論

本文所論述的環(huán)境光自適應LED顯示屏，可隨環(huán)境光的變化而改變亮度，使顯示屏不至于太過刺眼或者太暗，同時有效地控制了能耗，使電源效率達到75%以上，本系統(tǒng)達到了預期的實驗目的。通過改進，可應用于學校、商場、工廠、證券交易等場所的顯示，本系統(tǒng)的研究有著極其實用的價值和良好的發(fā)展前景。

參考文獻:

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