基于TI单片机控制的LED点阵书写显示屏设计

1基于TI单片机控制的LED点阵书写显示屏设计摘要：本设计是以TI公司MSP430F2274单片机为主控制器，以光笔为检测工具，按键和带字库的12864液晶作为辅助设备的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，以光笔来检测在LED点阵屏上接触的位置。从而实现点亮、划亮等功能，同时将通过划亮点的位置用带字库的12864液晶屏同步显示。关键字：MSP430F2274单片机、LED点阵屏、光笔1方案选择1.1主控制器的方案选择方案一：采用AT89S52单片机作为主控制器。AT89S52单片机具有系统结构简单，具有单片机一般功能，性能稳定，价格便宜等优点。但ROM和RAM存储器容量小，存储信息量少。且系统的频率只有12MHZ，对于点阵屏扫描显示速度有些慢,会导致严重的闪烁停滞现象，也不具有低功耗睡眠状态，功耗较大。故不选用方案一。方案二：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，方案二更适合本系统，故选用方案二。1.2点阵屏的显示方案选择方案一：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。方案二：并行方式显示。可以通过锁存器芯片扩展IO口，达到控制LED点阵的64个列线的目的，方案中运用16片锁存器74HC573来组成8组双缓冲寄存器，驱动LED点阵的8组列线，用4/16译码器74HC595对LED点阵的16进行扫描，在送每一行的数据到LED点阵前，先把数据分别送到第一级的8个74HC573,然后，再给第二级的8个74HC573送脉冲，数据一起输出列LED点阵列出，文字左右移动比较容易控制。并行方式比串口方式显示稳定，但制作32×32点阵采用并行方式显示，需要扩展IO口较多，电路较复杂。故不采用方案二。1.3显示电路的方案选择方案一：采用LED八段数码管显示。数码管的亮度高，格价便宜，但只能显示数字和字母，并且占用控制器的资源多，显示信息量少。方案二：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。故采用方案二。2系统电路设计2.1系统总方框图2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单点正向工作电压1.8V，电流8～10mA。行驱动电路采用74HC595芯片控制，列驱动电路采用74HC154芯片以及8050晶体管控制，可使点阵屏正常工作。可测得点阵屏的总功率约为1.84W，总电流1024mA。2.2.3屏亮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。程序员们往往会利用省电模式，使单片机更省电。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。点阵屏列驱动单元电路原理图如右图图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。在电路中，电阻限流起作用，三极管起电子开关作用。2.3.3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，如右图2.4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。电阻限流作用，三极管起电子开关作用。其电路原理图如图2.3所示。3图2.2点阵屏列驱动原理图图2.3点阵屏行驱动原理图2.3.4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变化电压信号，经过8050三极管放大后输出。此时检测到的电压变化信号仍然很小，只有100mV左右。单片机仍无法识别电压变化信号，但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右图2.4所示。图2.4光笔检测原理图3系统软件设计3.1主流程图44系统测试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202122发生偏移点的个数3434.3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。参考文献（1）谢自美.电子线路设计.实验.测试(第二版）.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.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）.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.北京：电子工业出版社，2005（5）谭浩强.C语言程序设计(第二版).北京：清华大学出版社，2000