基于MSP430F149控制的LED图文显示的设计

摘要：本设计电路具有基本图形的显示、文字显示功能、LED灯亮暗自动调节等功能。通过按住按钮依次调用程序配合电机转动实现开机自检、同心圆、双渐开线等功能显示。

0 引言

LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形图像、电视、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形;显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，广泛应用于金融、工商、体育、教育系统、车站等公共场合。LED具有亮度高、工作电压低、功耗小、体积小、寿命长和性能稳定等优点。随着LED器件技术和性能不断提高，电子技术发展日新月异，这对LED显示屏产品的技术深化和提高带来良好的基础。同时LED显示在社会生活的各个领域得到了广泛的应用，半导体照明产业的发展更为LED显示产业带来良好契机。

1 MSP43F149

本设计选用TI公司的16位超低功耗混合型微处理器MSP430F149作为整个电路的处理器，它是TI公司开发的一类具有16位总线的带FLASH的单片机，它可以在超低功耗模式下工作，安全性能好，适应工业级的运行环境。MSP430F149的突出优点有：(1)低电压、超低功耗;(2)强大的处理能力;(3)丰富的片上外围模块;(4)系统工作稳定;(5)方便高效的开发环境。本课题利用MSP430F149单片机及外围接口实现图文显示，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使LED灯能够正确地显示图形和文字。MSP430F149的参数如表1所示。

2 系统设计

2.1 硬件设计

电路总体框架图如图1所示。在电路图中，光传感器是电路的关键部分，通过光传感器可以向其他模块提供环境光的信息。在光敏电阻电路中，除了光传感器以外，还需要光电信号转换电路和信号放大和调节电路等。电源采用两节(3 V)纽扣电池，通过稳压电路为单片机、LED和锁存器等模块供电，通过单片机的I/O控制输入信号和控制信号。电路采用光敏电阻和一定的外部电路来实现不同光对LED亮暗的调节，采用直流稳压电路来提供给直流电机，通过设计马达调速装置来实现一定的转速，从而配合LED来实现动态的图文显示。为了节约单片机的I/O口，在电路设计中我们采用了74HC573锁存器。考虑到节能，我们在电路中设计了LED电流调节电路。

2.1.1 主控电路的设计

主控电路由MSP430F149、时钟电路、晶振电路组成的单片机最小系统构成。主控电路原理图如图2所示。

2.1.2 电源电路

本系统的电源模块主要有：光控模块，电机转数调控模块，稳压模块，MSP430F149模块，扩展I/O口模块。

2.1.3 光控电路

光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。也就是通过光敏电阻将光的变化转换为电的变化。各参数之间的关系式为：I=KUaLb。光控电路如图3所示，通过改变光照的强度去控制供给LED灯的电流，从而达到控制亮度的要求。对于LED，在电路中我们通过TPS61165来调节LED电流。TPS61165工作于恒定电流模式，它的突出优点是拥有较高的效率和良好的LED电流调节性能。

2.1.4 电机转速调控电路

电机转速调控电路如图4所示。其中电动机转速公式：n=60f/p(1-s)，在电路中通过改变供电频率f、电动机极对数p及转差率s这三个参数来改变电机的转速。

2.2 软件设计

2.2.1 系统主程序设计

按住按钮S1(提供高电平)配合电机转动实现开机自检、同心圆、双渐开线等功能显示。每显示一次图案，重新按下按钮再次启动调用程序。

2.2.2 开机自检程序的设计

通过单片机的I/O(P1和P2)P1.0～P1.8口控制输入信号提供给2个锁存器和P2.0～P2.3来控制使能端的信号，通过不同的编码实现两个锁存器交替或者同时工作来达到点亮16盏LED灯。采用延时程序来达到每盏灯亮1 s的状态，此时平台不旋转。部分程序如下所示。

2.2.3 双渐开线程序的设计

要实现双渐开线的图形，重点要控制好LED灯不同方式的点亮，对于双渐开线的点亮需要同时点亮2盏(8、9、7、10、6、11、5、12、4、13、3、14、2、15、1、16)LED灯然后通过不同方向的流动，配合适合延时时间和电机相应的转速，此时我们必须要调控好电机的转速和延时程序才能达到双渐开线，通过15 s的延时来达到自动停止。本电路的程序设计了双渐开线，通过程序的编写我们也可以显示三渐开线等显示。部分程序如下所示。

3 TPS61165测试波形图

为了对设计的TPS61165的LED电流的效率及其它参数进行测试，我们测试了电路的相关波形。输出纹波和效率的测试波形如图5，图6所示。

4 应用

实践证明，本文所介绍的利用微控制器的I/O端口能够很好地实现LED图文显示，取得了很好地应用效果。设计者只要对程序稍作变动就可以用来显示设计者所需的显示图形，电路中如果加入键盘、LCD等外设就可以实现显示字的控制。本文电路的设计对于使用者来讲提供了一定的参考意义，具有一定的实用价值。