MSP430F169的环境光自适应LED显示屏设计

发表于 2011-11-22 23:16

LED点阵显示屏在生活中是很常见的，给我们的生活带来了很多的便利。由于LED 显示亮度不能随外界环境光而改变，存在白天显示不清或黑夜因太亮而炫目的问题。如果能实现控制其亮度，不仅可以节省能源，还可以使显示屏的显示效果更加清晰。本设计介绍的是利用MSP430F169单片机系统控制的环境光自适应LED 显示屏，该屏能够根据环境光的强弱自动调整亮度，以避免白天显示不清或黑夜因太亮而炫目，并与上位机进行通信。 LED 显示屏应用领域广泛，如商场、娱乐场所、工厂、学校等大型场所，对其研究有着实用的价值及良好的发展前景。
1 系统结构框图
本系统主要由MSP430F169 单片机系统、降压整流滤波电路、稳压电路、开关调压电路、RS485 通信接口电路、LED 行列驱动电路、环境光检测电路、LED 显示屏、上位PC 计算机等构成。
本系统的结构框图，如图1 所示。

图1 系统结构框

发表于 2011-11-22 23:17

2 基本原理
本设计采用列发送数据，行扫描的方式实现LED 显示文字或图像。本方法与硬件电路相结合，达到显示屏整体亮度相对均匀的目的。
利用光敏电阻对环境光的敏感特性，采集环境光的变化状况，将其转换成电信号并送入到单片机中，由单片机进行信号处理，并按照一定的规律控制输出PWM 波的占空比。
在单片机与LED 显示屏之间加一个开关调压电路，实现单片机对显示屏的亮度调整。将调整后的PWM 波对开关调压电路进行控制，从而调节显示屏的输入电压的大小，最终实现显示屏的亮度控制。
3 电路设计
3. 1 MSP430F169 单片机系统电路
MSP430F169 单片机系统电路为主控制电路。 MSP430 系列单片机是美国德州仪器公司1996 年开始推向市场的一种16 位超低功耗的混合信号处理器( Mixed Signal Processor) ,该单片机具有以下几个特点：超低功耗、强大的处理能力、丰富的片内外围模块、方便高效的开发环境、系统工作稳定。由于MSP430F169 单片机内部集成了12 位的A/D 和D/A 并且产生PWM 波程序简单，不再需要外加A/D 电路、D/A 电路和PWM 波产生电路，由此简化了外围电路的设计，所以本设计选用MSP430F169 单片机，如图2 所示。

图2 单片机系统电路

发表于 2011-11-22 23:18

2 基本原理
本设计采用列发送数据，行扫描的方式实现LED 显示文字或图像。本方法与硬件电路相结合，达到显示屏整体亮度相对均匀的目的。
利用光敏电阻对环境光的敏感特性，采集环境光的变化状况，将其转换成电信号并送入到单片机中，由单片机进行信号处理，并按照一定的规律控制输出PWM 波的占空比。
在单片机与LED 显示屏之间加一个开关调压电路，实现单片机对显示屏的亮度调整。将调整后的PWM 波对开关调压电路进行控制，从而调节显示屏的输入电压的大小，最终实现显示屏的亮度控制。
3 电路设计
3. 1 MSP430F169 单片机系统电路
MSP430F169 单片机系统电路为主控制电路。 MSP430 系列单片机是美国德州仪器公司1996 年开始推向市场的一种16 位超低功耗的混合信号处理器( Mixed Signal Processor) ,该单片机具有以下几个特点：超低功耗、强大的处理能力、丰富的片内外围模块、方便高效的开发环境、系统工作稳定。由于MSP430F169 单片机内部集成了12 位的A/D 和D/A 并且产生PWM 波程序简单，不再需要外加A/D 电路、D/A 电路和PWM 波产生电路，由此简化了外围电路的设计，所以本设计选用MSP430F169 单片机，如图2 所示。

图2 单片机系统电路

发表于 2011-11-22 23:19

3. 4 行列驱动电路
LED 显示驱动采用动态扫描驱动方式，每次只能点亮一行LED( 共阳形式LED 显示点阵模块) ,由于TPIC6B273 是以OC 门方式输出的，所以特别适宜选择共阳形式LED 显示点阵模块做基础显示单元。行扫描电路采用4 /16 译码器CD4515 译码形成行扫描脉冲，放大后直接形成行扫描信号，如图5 所示。

图5 单色共阳极LED 驱动电路
3. 5 环境光检测电路
光敏电阻是用半导体材料制成的光电器件，它没有极性。利用光敏电阻RG 与定值电阻R1 组成环境光检测电路，通过测量R1 两端电压的变化来检测环境光强弱的变化，如图6 所示。

图6 环境光检测电路

发表于 2011-11-22 23:19

3. 6 RS485 通信接口电路
MAX485 是用于RS485 通信的差分平衡收发器，由MAXIM 公司生产。芯片内部包含一个驱动器和一个接收器，适用于半双工通信。上位PC 机通过通信接口电路与单片机系统进行通信，如图7 所示。

图7 RS485 通信接口电路
4 程序设计
环境光自适应LED 显示屏控制程序使用IAR 软件，利用C 语言进行编写，如图8 所示。

图8 环境自适应LED 显示屏程序框
5 结论
本文所论述的环境光自适应LED显示屏，可随环境光的变化而改变亮度，使显示屏不至于太过刺眼或者太暗，同时有效地控制了能耗，使电源效率达到75%以上，本系统达到了预期的实验目的。通过改进，可应用于学校、商场、工厂、证券交易等场所的显示，本系统的研究有着极其实用的价值和良好的发展前景。

MSP430F169的环境光自适应LED显示屏设计

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