旋转LED显示器的设计与实现

第四章 旋转 LED 显示器程序设计....................... 19
4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 旋转 LED 显示器底座程序设计............................. 数字 PID 算法分析设计 ................................... 对 PID 算法的改进 ....................................... 单片机初始化 ........................................... 红外遥控解码程序 ....................................... 旋转 LED 主板程序设计................................... DS1302 程序设计 ........................................ LED 驱动程序设计 ....................................... LED 显示刷新算法 ....................................... 温度检测程序设计 ....................................... 19 19 21 21 22 25 25 27 28 29
Key words：LED ; PID Control ; Persistence of vision ; MSP430 ;
II
旋转 LED 显示器的设计与实现
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
随着电子信息技术产业的高速成长，各类新型技术、新颖思路不断出现。 尤其是在近几十年，电子产品正朝着高效、环保、便捷的方向迅猛发展，用户 对电子产品的使用体验也提出了更高的要求。这就要求我们必须具有敏锐的观 察力，能够发现现有产品的不足之处，并加以创新和改进。 LED 显示屏是一种由 LED 点阵构成的显示器件，通常情况下由 CPU 控制 LED 的亮灭来显示图案或文字。传统的点阵式 LED 显示屏在宣传展示上的优 点是毋庸置疑的，但也具备一定的不足之处： 传统 LED 显示器是以独立的 LED 为最小显示单元（像素） ，以常见的 5mmLED 为例，显示一个 16*16 点阵的汉字至少需要 256 颗 LED，完整显示 10 个汉字则需要 2560 颗 LED。然而在实际应用中，为了得到更远的可视距离 和更细腻的字符效果，通常以 32*32 点阵或 64*64 点阵完成对汉字的显示，以 10 个汉字为例，则分别至少需要 10240（32*32*10）和 40960（64*64*10）颗 LED！假设在显示汉字的过程中，LED 点阵中有 1/5 的 LED 处于发光状态，按 20mA 的单颗 LED 额定电流计算，则至少需要 40A 电流，对电源性能提出了很 高的要求。同时，因为 LED 的电光转换效率较低，即有大量的能量用于发热， 尤其是作为户外展示的 LED 显示屏，需要做防风防雨处理，大量 LED 点阵产 生的热量不便散热，长期的高温会造成元器件的老化，也会降低系统的稳定性。 此外，点阵 LED 屏幕通常是以平面的形式呈现，其显示分辨率由 LED 的密度 和数量所决定，并且成像角度相对固定，通常需要多块屏幕的拼接组合才能实 现多角度的展示，并且，大量的点阵，很容易因 LED 安装凹凸不平而降低视觉 体验。 针对以上问题， 本文对点阵式 LED 显示器进行创新改进， 提出基于 MSP430 超低功耗单片机的旋转 LED 显示器的设计。本设计使用直流电机带动一排 LED，利用程序控制 LED 的亮灭，高速旋转的 LED 会因视觉暂留显示出图像 和文字，并可以由遥控器切换旋转 LED 所显示的内容。这种方法不仅极大的节 省了 LED 的数量，而且在降低成本的同时也很好的利用旋转解决了散热问题。 同时，本设计精致美观，非常适合作为室内宣传展示，可以很好的吸引人们的 眼球，令人过目难忘。
目
录
摘 要 .............................................. I 第一章 绪论 ......................................... 1
1.1 课题研究背景及意义 ....................................... 1 1.2 课题设计要求及相关理论 ................................... 2 1.3 课题研究内容ຫໍສະໝຸດ Baidu章节安排 ................................... 3
第三章 旋转 LED 显示器硬件电路设计.................... 8
3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 旋转 LED 底座电路........................................ 8 锂电池保护及充电电路设计 ................................ 8 电源管理及 DCDC 升压电路设计 ............................ 10 电机驱动电路设计 ....................................... 12 红外遥控接收电路 ....................................... 12 无线供电发射电路设计分析 ............................... 13 单片机最小系统 ......................................... 14 旋转体部分电路 ......................................... 15 无线供电接收电路设计 ................................... 15 LED 驱动电路设计 ...................................... 15 其他功能电路设计 ....................................... 17
参考文献 ........................................... 45 致谢 ............................................... 46
旋转 LED 显示器的设计与实现
摘
要
随着半导体产业的高速发展，LED（Light Emitting Diode）作为一种新型发 光器件，因为具有高亮度、低成本、低功耗等众多优点，基于 LED 点阵形式的 显示屏幕得到了广泛的应用，在银行、车站、商业场所等随处可见。传统的点 阵式显示屏以独立的 LED 作为最小显示单元（像素） ，不仅带来巨大的成本， 还会对电源稳定性及系统散热条件提出较高的要求。 本文提出了一种新型旋转 LED 显示器的设计： 使用 PID 控制电动机带动一 排 LED 绕轴旋转，利用人眼的视觉暂留效应将线阵转变为平面，并编写 MCU 程序控制指定的 LED 在指定的时刻点亮以达到字符、图案显示的目的。此方法 用少量的 LED 代替了传统 LED 显示屏的大量 LED 点阵，同时克服了传统显示 屏的不足之处。本文介绍了旋转 LED 显示器的工作原理，详细说明了其硬件架 构和基于 MSP430 超低功耗单片机的程序结构，并指出设计过程中所遇到的问 题及解决方案。 实物的实际效果、测试结果、技术参数表明，该设计满足本文设计要求， 具有很强的创新性，并有作为显示宣传的实际应用价值。
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 电机及 PID 调试 .......................................... 无线供电调试 ............................................ RTC 时钟电路调试 ......................................... LED 电路调试 ............................................. 旋转 LED 整体调试 ........................................ 34 35 36 37 37
第二章 系统方案论证 ................................. 4
2.1 系统框图 .................................................. 2.2 电源方案分析 .............................................. 2.3 LED 驱动分析............................................... 2.4 电动机选型分析 ............................................ 4 5 6 6
关键词：LED PID 控制
视觉暂留
MSP430
I
旋转 LED 显示器的设计与实现
ABSTRACT
With rapid development of semiconductor industry, the LED matrix screens are now widely used in places like banks, stations and business places because of various advantages: high brightness, low cost and low power consumption. By contrast, with independent LED as the minimum display unit (Pixels), traditional LED matrix screens not only bring about huge cost, but also have higher requirements for power supply stability and heat dissipation conditions. This paper puts forward a new design of rotating LED display in which the PID algorithm control the motor drives a row of LED lights to rotate around the axis instead of the mass of LED dot matrix. And because of the persistence of vision effect, a "line array" will be turned into a planar array. With lighting of specified MCU program-controlled LED at a specified time, characters and patterns can be displayed. This method effective serves as replacement of large LED matrix, and it also avoids the disadvantages of traditional LED display. This paper presents the working principle of rotating LED display, detailed descriptions of hardware structure and program structure based on MSP430 microcontroller of ultra low power, and problems and solutions concerning this design. The actual effect, test results and technical parameters of the material object prove that the design meets its design vision. It is highly innovative and of value for wide application.
第六章 旋转 LED 显示器设计总结....................... 40
6.1 旋转 LED 显示器效果展示 ................................... 40 6.2 旋转 LED 显示器难点分析 ................................... 42 6.3 总结和展望 ............................................... 44
4.2.5 自动调节定时器算法 ..................................... 30 4.3 PC 端程序设计 .......................................... 30
第五章 系统调试 .................................... 34