年全国大学生电子设计竞赛
线阵LED图文显示装置
2013年7月22日
组员 许卫 赵俊 饶建玲
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2013
摘 要:本设计是利用人眼视觉暂留效应原理来实现的。通过直流电机带动线阵
LED以合适的速度旋转，以MSP430G2553单片机为核心，来精确地控制LED的亮灭时间，从而实现LED的各种变换。本设计由MSP430控制电路模块，电机及其驱动模块，线阵LED驱动模块，亮度自动调节模块等主要模块组成。利用霍尔传感器来确定线阵LED的起始位置，使用取模软件来实现显示文图，通过光敏电阻来自动控制LED亮度，并运用按键切换来控制显示不同的内容。
关键词：MSP430G2553 视觉暂留 线阵LED 霍尔传感器 光敏电阻
Abstract: This design is to use the principle of persistence of vision effect to the human eye. Driven by dc motor linear array LED rotating at a speed of right, MSP430G2553 single-chip microcomputer as the core, to destroy the precise control of the LED light time, so as to realize the transforming of the LED. This design by MSP430 control circuit module, motor and driver module, linear array LED driver module, brightness automatically adjust the module of main modules. Using hall sensor to determine the starting position of linear array LED, using modulus software to implement the display figure, through the photoconductive resistance to automatically control the LED brightness, and using the key switch to control the display different content.
Keywords: MSP430G2553 Persistence of vision Linear array LED Hall sensor Photosensitive resistance
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目录 目 录
1．系统方案选择和论证 ........................................................................ 错误！未定义书签。
1.1课题任务及要求 ........................................................................ 错误！未定义书签。 1.2系统方案论证及选择 ................................................................ 错误！未定义书签。
1.2.1电机的比较与选择 .......................................................... 错误！未定义书签。 1.2.2电机驱动电路的比较与选择 ........................................... 错误！未定义书签。 1.2.3 LED亮度控制电路比较与选择 ......................................... 错误！未定义书签。 1.2.4供电方案的比较与选择 ................................................... 错误！未定义书签。
2．理论分析与计算 ............................................................................... 错误！未定义书签。
2.1线阵LED参数计算 .................................................................... 错误！未定义书签。 2.2 线阵LED运动参数分析与计算 ................................................. 错误！未定义书签。 2.3 显示亮度自动调节分析与计算 ................................................. 错误！未定义书签。 3.电路与程序设计 ................................................................................ 错误！未定义书签。
3.1电路设计 ................................................................................... 错误！未定义书签。
3.1.1系统总体方案设计 .......................................................... 错误！未定义书签。 3.1.2单元电路及原理分析 ...................................................... 错误！未定义书签。 3.1.4 电路原理图 .................................................................... 错误！未定义书签。 3.2 程序设计 .................................................................................. 错误！未定义书签。
3.2.1程序功能描述与设计思路 ............................................... 错误！未定义书签。 3.2.2程序总体流程图 .............................................................. 错误！未定义书签。 3.2.3程序清单 ......................................................................... 错误！未定义书签。
4.测试方案与测试结果........................................................................... 错误！未定义书签。
4.1 测试条件与仪器 ....................................................................... 错误！未定义书签。 4.2 测试结果及分析 ....................................................................... 错误！未定义书签。 5. 结论 .................................................................................................. 错误！未定义书签。 6. 参考文献 ........................................................................................... 错误！未定义书签。 附录1：电路原理图 .............................................................................. 错误！未定义书签。 附录2：光敏电阻、L298 ....................................................................... 错误！未定义书签。 附录3：原器件清单 .............................................................................. 错误！未定义书签。
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1．系统方案选择和论证
1.1课题任务及要求
（1） 制作一个由16只 LED构成的线状点阵及其控制电路，安装于可旋转的平台上，在平台的中心设置一个按键，用于功能的切换，电机带动平台以合适速度旋转。
（2） 开机时装置完成显示自检，能对点阵中16只LED逐个点亮，每只LED显示时间约为1秒，此时平台不旋转。
（3） 通过按键切换，实现16个同心圆图形分别顺序（由大到小）和逆序（由小到大）显示，每个同心圆图形显示时间为0.3秒左右。
（4） LED显示亮度能依据环境亮度变化自动调节。 2. 发挥部分
（1） 通过按键切换，显示字符“TI杯”，要求字符显示稳定，无明显漂移。
（2） 通过按键切换，显示一个指针式秒表，该秒表以标志杆为起始标志，秒针随时间动态旋转，旋转一周的时长为60±1秒。 （3） 其它。
1.2系统方案论证及选择 1.2.1电机的比较与选择
方案一：使用步进电机，步进电机停转时具有最大的转矩，而且每步的精度在3%~5%，并且误差不会累计到下一步，因而有较好的位置精度和运动重复性，但是其控制不当容易产生共振，且难以运转较高的速度。
方案二：开关磁阻电机，结构简单，成本低，可用于高速运转，可控参数多，调速性能好，但是因为转矩是由脉冲转矩叠加而成，合成的转矩不是恒定转矩，噪声震动比一般电动机大。
方案三：直流电机有优良的控制性能，其机械性能和调速特性均为平行的直线，且启动转矩大，效率高，过载能力强，调速方便动态性能好。
通过对本次项目的综合考虑 ，故采用方案三。
1.2.2电机驱动电路的比较与选择
方案一：中功率三极管直接搭建。在电机驱动要求不高的地方可以由三极管直接搭建一个驱动电路。使用三极管搭建的电路，其电路简单，但功率和性能一般，集电极电流过大，电阻消耗的功率加大，造成发热，影响系统的性能，并且对输入信号要求较高，输出性能只能满足一般要求。
方案二：使用L298N芯片驱动电机L298N既可以驱动直流电机也可以驱动步进电机，本设计中考虑到电机的带负载能力以及效率和调速方便等问题所以选择用直流电机。L298N电路简单，使用比较方便。
通过比较，使用L298N芯片充分发挥了它的功能，能稳定地驱动直流电机，且价格不高，故选用L298N驱动电机
1.2.3 LED亮度控制电路比较与选择
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方案一：通过光敏二极管和一个2.7K的电阻一起控制NPN型三极管基极的电流，从而控制加在LED上面的电流，这样不需要在每个LED前面加限流电阻。只需要用一个限流电阻，电路简单。光敏二极管暗电流较小，有光时光电流较大。但是其效果并不明显，且电路不稳定。（图1）
图1
方案二：:采用光敏电阻与TLC555搭建电路。用TLC555、电容、电位器组成振荡电路产生稳定的PWM波输出。而光敏电阻的变化引起输出PWM波占空比的变化，从而改变显示亮度。电路简单，且易于控制。
通过比较选定此方案二作为环境亮度变化调节电路。
1.2.4供电方案的比较与选择
方案一：采用电刷供电。即在电机的转轴上手工增加一个电刷，通过电刷为系统供电。此方法能够让系统长期供电，但是由于增加了电刷，电机的摩擦增大，势必会使系统的功耗增加，且不易控制，比较麻烦。
方案二：采用锂电池供电。即在电路板是直接附带一个锂电池，为系统供电。锂电池体积小，供电时间长，容易固定。使用时将电池固定在电路板，既解决旋转时因重力引起的重心不稳，同时也省去制作的时间。
综合考虑本设计的电路模式，采用方案二。
2．理论分析与计算
2.1线阵LED参数计算
限流电阻?Vcc?VLED?Von
ILED LED与电阻串联，所以该限流电阻为：
根据 设计要求，Vcc=3.3v，Vled=1.8v，Von=0.6v,Iled=10mA；可求得的限流电阻为R=90Ω.
为了方便最后电阻取为R=100Ω.
2.2 线阵LED运动参数分析与计算
在电机的带动下，线阵LED依靠旋转平台进行旋转，在40毫秒之内运动的物体认得眼睛无法辨别，线阵LED就能很好的地显示图文。设电机周期为t，我们取周期t为40毫秒。
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