线阵LEDWord格式.docx

1、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。

2、 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。3 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

3、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

4、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 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。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

5、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 4 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 :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

6、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 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。采用4.2v锂电池降压后供电。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 V

7、,V,VccLEDon限流电阻, ILEDLED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=90. 为了方便最后电阻取为R=100. 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，我t们取周期t为40毫秒。5 2.4 显示亮度自动调节分析与计算 采用TI的TLC555、电容，、电阻和光敏电阻等组成振荡电路产CCRR1213生稳定的PWM波输出。则产生PWM波的周期、充电

8、时间及其占空比的计算公式如下:周期为:T=（R1+R2）C1 高电平时间为:T1=R1C1 TR11占空比,TR，R12 经测试，光敏电阻的阻值在200到16K变化，正常光线下，阻值为2K，取R1为2K，占空比的变化范围较大。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。占空比越大，LED接通的时间越长，断开的时间越短，显示越亮。3.电路与程序设计 3.1电路设计 3.1.1系统总体方案设计 亮度控制（光敏电阻） 3.3V电源 按键 MSP430G2553 线阵LED 直流电机 12V电源 霍尔传感器 电机驱动L298 图2 其总体设计如上图所示，霍尔传感器采集数据通过MSP4

9、30的处理控制电机的转速;MSP430G2553的控制通过按键的中断使LED显示不同的图文，当环境亮度改变时,由光敏电阻和NE555组成的占空比可调的电路自动改变LED的亮度,环境光线越亮,灯越亮，满足设计要求。3.1.2单元电路及原理分析 亮度控制电路:采用NE555与光敏电阻搭建电路。用555，电阻，电容及二极管组成振荡电路，产生稳定的PWM波输出，而光敏电阻的变化输出PWM波占空比的变化，从而改变LED的显示亮度，实现亮度随外界的变化而变化。（图3） 6 图3 线阵LED控制电路:我们所做电路选用的控制芯片用是有20个引脚MSP430G2553，所以控制16个LED显然不够用，因此利用7

10、4HC595实现串转并来控制线阵LED.（图4） 图4 PWM产生及控制L298电路:采用两片LM358及电容电阻稳压二极管来构成三角波发生电路产生三角波,通过比较器LM311与一直流量比较产生PWM,通过调节其占空比来控制L298.（图5） 图5 7 机驱动电路: L298是双H桥高电压大电流集成电路，直接采用TTL逻辑电平控制。通过外接信号来调节PWM.在一个PWM周期内，电机承受双极性电压，电机的速度和方向均有PWM决定。（图6） 图6 3.1.4 电路原理图 见附录一。3.2 程序设计 见附录四。3.2.1程序功能描述与设计思路 单片机MSP430G2553通过 74HC595进行串转

11、并来控制16个LED。初始化,LED自检后,逐个依次点亮;通过独立按键控制线阵LED显示不同的图文 3.2.2程序总体流程图 当系统上电单片机初始化后,线阵LED进行自检,此时16个LED逐个点亮，当按键按下时，LED根据程序的设计显示不同的图文，流程图如下:（图7） 8 开始 初始化 LED自检 n y 按键次数t t=1 y n t=2 同心圆由大到小 n y T=3 n 同心圆由小到大 y t=4 y TI杯 指针式秒表 图七 3.2.3程序清单 4.测试方案与测试结果 4.1 测试条件与仪器 数字示波器 万用表 信号发生器 4.2 测试结果及分析 本设计的基本要求均已完成，可以在运转时

12、按按键切换显示的内容，但也存在值得改进的地方。旋转平台不太稳，导致显示出现稍许飘移，秒表指针显示9 也不能达到精确的60秒一周。因为单片机内部的DCO本来就存在误差，而延时又是用delay来延时的，这样误差更大，为了减小这些误差，应该使用外部晶振，并且用定时器来延时。5. 结论 经过多日的辛勤努力，系统架构设计合理，功能电路实现较好，系统性能优良、稳定，较好地达到了题目要求的各项指标。通过这次的项目，我们都学到了很多东西，因为这个项目主要针对的是软件方面，所以我们在软件方面下了很大功夫，有些程序在我们平时都没有训练过的，经过不断的摸索与实验，和其它同学交流，软件上有很大的进步。在硬件调试的过程

13、中，我们也遇到很多问题，主要体现在线阵的平衡和稳定上面。由于时间紧，工作量大，系统还存在许多可以改进的地方。本次竞赛锻炼了我们各方面的能力，虽然我们遇到了很多困难和障碍，但总体上成功与挫折交替，困难与希望并存，我们将继续努力争取更大的进步。6. 参考文献 1 秦龙编著.MSP430单片机常用模块与综合系统实例精讲.北京:电子工业出版社，2007.7 2 沈建华等.MSP430系列16位超低功耗单片机实践与系统设计.北京:清华大学出版社，2005.4 、华成英等.模拟电子技术基础.北京:高等教育出版社.2005.6 3 董诗白附录1:10 附录2:光敏电阻、L298 光敏电阻器是利用半导体的光电

14、效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。L298N是SGS公司生产的直流电机驱动集成电路。内部包含4通道逻辑驱动电路，可以方便地驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。工作电压为46V，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压;输出电流可达2.5A，最大可以达到4A，可驱动电感性负载;可以直接用单片机的IO口提供信号;而且电路简单，使用比较方便。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，9脚VSS可接4.5,7V的电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为，2.5,46V。1脚和15管脚下的发射极分别单独引出以便接入电流采样

15、电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，此时OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机正反转;ENA，ENB脚接控制使能端，控制电机的停转。L298逻辑功能表 IN1 IN2 ENA 电机状态 0 停止 0 0 0 停止 0 1 1 逆时针 1 0 1 顺时针 1 1 0 停止 11 附录3:原器件清单 元器件名称 元器器件型号 元器件个数 单片机 MSP430G2553 1 电机 1 74HC595 74HC595 2 电机驱动芯片 L298 1 比较器 LM311 1 集成运放 LM358 2 光敏电阻 1 电源 锂电池

16、 1 传感器 霍尔传感器 1 按键 独立按键 1 电容 若干 电阻 若干 导线 若干 附录四: 程序清单 /* 程序功能:线阵LED图文显示 作者 :许卫 日期 :2013.7.25 All rights reserved!*/ #include#define uchar unsigned char #define uint unsigned int /*74HC595引脚定义*/ #define L_DATA BIT1 #define L_CLK BIT5 #define L_STR BIT4 #define L_OE BIT3 /*全局变量定义*/ uchar t50ms,ts,tm=32

17、,th=12; uchar count=0,num;12 uchar Clock_buff=12:35:20;uchar const disp_buff64; uchar const num_buff;uchar sort_buff164;uchar sort_buff264;/*延时函数*/ void delay_ms（uint time） uint i,j;for（i=time;i0;i-） for（j=250;jj-）; void delay_320us（uchar time） for（j=77; /320us /*数组元素重新排序*/ void Re_sort（） uchar i;fo

18、r（i=0;i64;i+） sort_buff163-i=disp_buffi;32;sort_buff22*i=sort_buff12*i+1;sort_buff22*i+1=sort_buff12*i;/*单片机初始化函数*/ void mcu_init（） WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;BCSCTL1=CALBC1_1MHZ; /DCO设置为1M DCOCTL=CALDCO_1MHZ;13 BCSCTL3|=LFXT1S_0;IFG1&=OFIFG;BCSCTL2 |=SELM_1; /设置主时钟MCLK为DCO，且频率为1MHz,子时钟1M。/*定时器初始化函数*/ voi

19、d TIMER_init（） TACTL = TASSEL_2 +TACLR ; / SMCLK, Contmode 使计数模式为增计数 CCTL0 = CCIE; / CCR0 interrupt enabled CCR0 = 50000; /50毫秒 /*P1中断端口初始化*/ void P1_port_init（） P1DIR&=（BIT1+BIT5）; /P1.1为霍尔中断 P1.5按键中断 P1SEL& /第二功能 P1REN|= BIT1+BIT5; /上拉电阻使能 P1IE|=BIT1+BIT5; /设中断 P1IES|=BIT1+BIT5; /下降沿中断 P1IFG& /中断标志清零 /*74HC595显示函数*