基于MSP430F227单片机控制的LED点阵书写显示屏设计*

倪祥明,温锦辉

(黄冈职业技术学院,湖北,黄冈,438002)

基于MSP430F227单片机控制的LED点阵书写显示屏设计*

倪祥明,温锦辉

(黄冈职业技术学院,湖北,黄冈,438002)

以TI公司4单片机为主控制器,以光笔为检测工具,以按键和带字库的12864液晶为辅助设备的LED点阵书写显示屏系统,通过按键的设置可进入到系统的相应功能模式,以光笔可检测在LED点阵屏上接触的位置,从而实现点亮、划亮等功能,并将划亮点的位置用带字库的12864液晶屏同步显示。

MSP430F2274单片机;LED点阵屏;光笔

目前,LED点阵显示屏主要是采用电脑来控制,这种产品成本较高。如果能同步显示直接在LED点阵显示屏书上写书的内容,将给用户的操作带来很大方便。本设计采用TI公司4单片机为主控制器较好的解决了此问题,不仅大大降低制造成本,而且使用时功耗较低,同时也降低了使用成本。

1 方案选择

1.1 主控制器的方案选择

采用MSP430F2274单片机作为主控制器。MSP430F2274单片机信息存储量大,系统频率高达49MHZ,通过软件设计,可较好避免闪烁停滞现象,具有低功耗睡眠功能,可以节能省电。有14个中断源,以及内部集成有AD、DA转换器,资源丰富,有利于程序编写。根据设计要求,方案

1.2 点阵屏的显示方案选择

串行方式显示。这种方式可同时显示4个16×16点阵汉字或8个16×8点阵的汉字、字符或数字。点阵显示屏每个单元由16个8×8点阵LED显示模块,列信号选择译码器74HC154和行信号选择74HC595组成。单元显示屏可接收控制器或上一级显示单元模块传输下来的数据信息和命令信息,并可将这些数据信息和命令信息不经任何变化地再传到下一级显示模块单元中,因此显示屏可扩展至更多的显示单元,用于显示更多的内容。采用串行方式显示,占用的IO口较少,不用扩展。通过实验,采用串行方式显示效果比较稳定。故采用方案一。

1.3 显示电路的方案选择

采用带字库的12864液晶显示。12864液晶屏,亮度高,可显示数字、字母、汉字图片,显示信息量大,采用串口通信,占用 IO口少,性能较稳定。显示数据更加美观、大方、清晰,加上文字显示对数据显示进行说明,更加直观,便捷。

2 系统电路设计

2.1 系统总方框图

图2.1 系统总框图

2.2 理论分析与计算

2.2.1 光笔选取与参数设计

光笔选用3DU33光敏三极管作为感应检测电路,检测电压改变量约为100mV,经8050和9013晶体管放大,再经CD40106BE施密特触发器整形,输出的电压信号幅度可达3V。而且脉宽较窄,利于单片机检测信号。

2.2.2 点阵屏驱动参数设计

点阵屏为32×32个发光二极管组成,它由16块LG12088BH 8×8的红色点阵屏模块组成,单个发光二极管的正常工作电压为Vf=1.8 V,电流为If=10mA。

动态点亮所有的发光二极管时总电流为 I=32×32×If=1024mA,

所得电能的总功率为 P=Vf×I=1.8×1024W=1.84W。

经上述分析后点阵屏采取并行驱动方式,驱动三极管选择8550三极管。32行接32个8550到地.一行工作是电流为(当32个发光二极管全点亮)320mA。

2.2.3 屏亮度自动调节设计

屏亮自动调节是由点阵屏扫描频率决定。当扫描频率较高时,点阵屏处于微亮状态。频率较低时,点阵屏会变亮。当频率太低时,点阵屏会很亮,但会闪烁。频率太高时,点阵屏的亮度会很弱,效果较稳定。

2.2.4 超时关显示节电设计

超时关显示节电是利用单片机的省电模式来实现的,当超时未操作时,利用单片机内部的定时器设置进入省电工作模式的时间。

2.3 系统单元电路设计

2.3.1 点阵屏列驱动电路设计

点阵屏的列驱动单元电路由2块74HC154芯片组成,其电路原理图如图2.2所示。U1控制L1～L16列线,U2控制L17～L32列线,两块74HC154芯片四个输入端并联分别用P4.0～P4.3口控制。P3.4为U1片选信号,P3.5为U2片选信号。

2.3.2 点阵屏行驱动电路设计

点阵屏的行驱动电路4块74HC595芯片级联而成,如图2.3所示。用 P3.2控制第14脚DS串口数据输入端,P3.1控制第12脚ST-CP数据存储寄存器控制端,P3.0控制第11脚ST-CP数据移位控制端。P3.4控制前半屏片选信号,P3.5控制后半屏片选信号。输出端与8050三极管的基极连接。发射极接点阵屏行线。其电路原理图如图2.3所示。

图2.2 点阵屏列驱动原理图

图2.3 点阵屏行驱动原理图

2.3.3 光笔检测电路设计

光笔采用3DU33型光敏三极管检测点阵屏发光的强弱并转换为电压信号,经过8050三极管放大后从端口(OUT)输出,但检测到的电压信号仍然很小,只有100mV左右,能很好的感应点阵屏亮度的变化,为单片机对亮度的检测提供基础。光笔检测电路原理图如图2.4所示。

图2.4 光笔检测原理图

3 系统软件设计

主流程图

4 系统测试图

4.1 测试设备

秒表、直尺、数字万用表。

4.2 测试方案与测试结果

点亮测试方案与测试结果：将光笔在点阵上任意画点,通过液晶屏观测显示亮点的坐标与实际坐标。测量结果如下表：

次数点数 第一次 第二次 第三次测量点坐标 (16,16) (17,17) (18,18)实际点坐标 (16,16) (17,17) (18,18)

划亮测试方案与结果测试：用光笔在点阵屏上任意画线,同时用秒表记录在2秒内点亮的LED的总个数,并记录发生偏移亮点的个数。测量结果如下表：

次数点数 第一次 第二次 第三次点亮的总个数 20 21 22发生偏移点的个数 3 4 3

4.3 测试结果分析与改进

测试结果表明,点阵屏的基本功能能够实现,但显示亮点总会发生轻微的偏移。这是因为光笔检测频率较低,响应有点慢,另外点阵屏光笔的感应太过灵敏,会出现误断。光笔检测频率低,有待于改进。

[1]谢自美.电子线路设计.实验.测试(第二版)[M].武汉：华中科技术大学出版社,2000.

[2]沈建华.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京航空航天大学出版社,2008.

[3]孙肖子.实用电子电路手册(模拟分册)[M].北京：高等教育出版社,1992.

[4]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].北京：电子工业出版社,2005.

[5]谭浩强.C语言程序设计(第二版)[M].北京：清华大学出版社,2000.

Design of LED Lattice Written Screen Controlled by MSP430F227MCU

NI Xiang-ming,WEN Jin-hui
(Huanggang Polytechnic College,Huanggang,438002,Hubei)

This design is based on TI Company’s MSP430F2274 MCU as them a in controller,the light pen as the detection tools,and the 12864 liquid crystal with keys and character library as a LED lattice writing display system which is auxiliary equipment.Through setting the key we can access to the corresponding function blocks,and use light pen to detect the position on the LED lattice screen.So that it can realize the function of lighten and draw brightens,at the same time display the positing on the 12864 liquid crystal screen.

MSP430F2274 MCU;LED lattice screen;Light pen

TP202

A

1672-1047(2010)01-0020-03

10.3969/j.issn.1672-1047.2010.01.06

2010-01-02

倪祥明,男,黄冈职业技术学院机电工程系副主任,讲师。

[责任编辑：曾 鑫]