基于MSP430F169的環(huán)境光自適應LED顯示屏設計
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摘要： 本設計主要實(shí)現LED 顯示屏隨著(zhù)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(jìn)行通信。 本系統由MSP430F169 單片機、16* 32 共陽(yáng)極LED 點(diǎn)陣顯示屏、行驅動(dòng)電路、列驅動(dòng)電路、環(huán)境光自適應電路、數字開(kāi)關(guān)調壓電路、直流穩壓源電路等組成。 采用按列并行發(fā)送數據，按行掃描的方式實(shí)現LED 點(diǎn)陣屏內容的顯示； 單片機通過(guò)數字開(kāi)關(guān)調壓電路實(shí)現對LED 點(diǎn)陣屏電源電壓的自動(dòng)調節，使屏幕亮度隨環(huán)境光自動(dòng)變化。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/168761.htmLED 點(diǎn)陣顯示屏在生活中是很常見(jiàn)的，給我們的生活帶來(lái)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(wèn)題。 如果能實(shí)現控制其亮度，不僅可以節省能源，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單片機系統控制的環(huán)境光自適應LED 顯示屏，該屏能夠根據環(huán)境光的強弱自動(dòng)調整亮度，以避免白天顯示不清或黑夜因太亮而炫目，并與上位機進(jìn)行通信。 LED 顯示屏應用領(lǐng)域廣泛，如商場(chǎng)、娛樂(lè )場(chǎng)所、工廠(chǎng)、學(xué)校等大型場(chǎng)所，對其研究有著(zhù)實(shí)用的價(jià)值及良好的發(fā)展前景。
1 系統結構框圖
本系統主要由MSP430F169 單片機系統、降壓整流濾波電路、穩壓電路、開(kāi)關(guān)調壓電路、RS485 通信接口電路、LED 行列驅動(dòng)電路、環(huán)境光檢測電路、LED 顯示屏、上位PC 計算機等構成。
本系統的結構框圖，如圖1 所示。
圖1 系統結構框
2 基本原理
本設計采用列發(fā)送數據，行掃描的方式實(shí)現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(jìn)行信號處理，并按照一定的規律控制輸出PWM 波的占空比。
在單片機與LED 顯示屏之間加一個(gè)開(kāi)關(guān)調壓電路，實(shí)現單片機對顯示屏的亮度調整。 將調整后的PWM 波對開(kāi)關(guān)調壓電路進(jìn)行控制，從而調節顯示屏的輸入電壓的大小，最終實(shí)現顯示屏的亮度控制。
3 電路設計
3. 1 MSP430F169 單片機系統電路
MSP430F169 單片機系統電路為主控制電路。 MSP430 系列單片機是美國德州儀器公司1996 年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種16 位超低功耗的混合信號處理器（ Mixed Signal Processor） ，該單片機具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 超低功耗、強大的處理能力、豐富的片內外圍模塊、方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境、系統工作穩定。 由于MSP430F169 單片機內部集成了12 位的A/D 和D/A 并且產(chǎn)生PWM 波程序簡(jiǎn)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(jiǎn)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 單片機系統電路 3. 2 降壓整流濾波電路 220 V 交流電經(jīng)過(guò)變壓器降壓后，由整流橋整流成單向脈動(dòng)電壓，經(jīng)電容濾波成脈動(dòng)很小的直流電壓。 由于該直流電壓隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)，如果直接作為顯示屏電源，會(huì )造成顯示屏的閃爍，因此采用穩壓電路對其進(jìn)行穩壓。 7805 是專(zhuān)用的三端穩壓器件，輸入濾波后的電壓（ U≈9 V） ，穩壓輸出的5 V 電壓（ VCC） 供IPIC68273 使用。 MSP430系列單片機電源電壓范圍是1. 8 ～ 3. 6 V，因此將5 V 電壓經(jīng)二極管降壓0. 7 V（ VSS） 后，供單片機系統使用。 經(jīng)長(cháng)期實(shí)驗證明，單片機系統可長(cháng)期安全可靠運行，其優(yōu)點(diǎn)是與5 V 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(kāi)關(guān)調壓電路 利用兩個(gè)NPN 型晶體管組成反相放大電路以實(shí)現PMOS 開(kāi)關(guān)管斬波放大，用PWM 波調整PMOS 開(kāi)關(guān)管的導通時(shí)間來(lái)控制VDD 作用于顯示屏的平均電壓的大小，進(jìn)而控制LED 的亮度。 為防止網(wǎng)絡(luò )電壓的波動(dòng)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(jìn)行精確測量控制，用于實(shí)現顯示屏電壓的穩定可靠，如圖4 所示。 圖4 開(kāi)關(guān)調壓電路 3. 4 行列驅動(dòng)電路 LED 顯示驅動(dòng)采用動(dòng)態(tài)掃描驅動(dòng)方式，每次只能點(diǎn)亮一行LED（ 共陽(yáng)形式LED 顯示點(diǎn)陣模塊） ，由于TPIC6B273 是以OC 門(mén)方式輸出的，所以特別適宜選擇共陽(yáng)形式LED 顯示點(diǎn)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(yáng)極LED 驅動(dòng)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(méi)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(guò)測量R1 兩端電壓的變化來(lái)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. 6 RS485 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)。 芯片內部包含一個(gè)驅動(dòng)器和一個(gè)接收器，適用于半雙工通信。 上位PC 機通過(guò)通信接口電路與單片機系統進(jìn)行通信，如圖7 所示。
圖7 RS485 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(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，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(guò)刺眼或者太暗，同時(shí)有效地控制了能耗，使電源效率達到75%以上，本系統達到了預期的實(shí)驗目的。 通過(guò)改進(jìn)，可應用于學(xué)校、商場(chǎng)、工廠(chǎng)、證券交易等場(chǎng)所的顯示，本系統的研究有著(zhù)極其實(shí)用的價(jià)值和良好的發(fā)展前景。
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