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全国大学生电子设计竞赛H题


全国大学生电子设计竞赛 TI杯模拟电子系统专题邀请赛

2012年 TI杯模拟电子系统专题邀请赛

赛题分析 线阵LED图文显示装置(H题)

全国大学生电子设计竞赛 TI杯模拟电子系统专题邀请赛

一、任务

线阵LED图文显示装置(H题)

设计并制作一个线阵LED图文显示装置,装置的示意图如图所示

二、要求
1. 基本要求

图1 线阵LED图文显示装置示意图

(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。

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线阵LED图文显示装置(H题)
芯片选型:
根据题目的要求,可以较为容易的看出需要3个基本电路单元。 ? 1处理器单元,用于显示和控制整个电路。

? 2环境光亮度检测单元。
? 3按键控制单元。

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线阵LED图文显示装置(H题)
方案选型:1、处理器单元 低功耗的处理器,当选业界最低功耗的MSP430系列单片机。单片机自带ADC、 定时器等多种外设,可以不用添加额外的芯片实现多种功能。作为本题的低功 耗处理器再合适不过了。因系统采用直接I/O驱动,占用单片机I/O较多,最终 选择了TI公司的MSP430F149单片机。

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线阵LED图文显示装置(H题)
方案选型:2、环境光强度检测 对于检测环境光强度来控制LED亮度,我们选用了光强传感器OPT101。OPT101 光电传感器具有内部反馈,对光照强度有极好的线性度和灵敏度、响应速度快、 宽量程、低功耗,可以直接用单片机内部的12位ADC采集它的输出电压。光照 的强弱与传感器输出的电压大小呈正比例函数Y=K*X(Y为输出电压,X为光照 强度)。

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线阵LED图文显示装置(H题)
方案选型:3、电机驱动选型 旋转平台的驱动电机选择上主要有无刷电机和普通的直流电机。无刷电机转速

稳定、变速平稳、线性度好,但是需要电调才能驱动。而普通直流电机控制简
单,扭矩适中,转速调节电路简单。因而采用普通的直流电机。 方案选型:4、控制方式选型 控制方式选择红外遥控与按键并存的方式。红外遥控信号的接收装置硬件电路 简单,只需要安装一个型号为HS0038B的红外一体化接收头,它的体积小,功 耗低、便于安装。单片机通过接收到的红外遥控信号进行解码,然后根据解码 的信息做出一系列的动作来达到LED图文显示装置模式的平稳、快速切换。

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线阵LED图文显示装置(H题)
方案实施:
通过之前的分析看出,使用TI公司的MSP430系列单片机作为主控制器、OPT101 光强传感器作为光强检测、普通直流电机作为驱动方式、采用红外遥控与按键

结合的方式作为显示的切换方式。

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线阵LED图文显示装置(H题)
设计难点:

从题目中可以看出,有几个地方是需要仔细设计才能达到要求。
? 1旋转平台的旋转速度和LED闪动间隔的同步率。 ? 2旋转平台重心调节。 ? 3因线阵LED的显示控制线路是由电池供电,为实现长时间演示效 果,需要精心设计低功耗的软件,避免消耗过多能量。

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线阵LED图文显示装置(H题)
难点解析:

1、系统供电方式。
本装置中系统供电方式有三种: 1、电刷供电; 2、无线供电; 3、旋转平台自供电。 因试题说明中已说明,本试题中的旋转平台自供电。所以为作为难点设计。

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线阵LED图文显示装置(H题)
难点解析:

2、字符显示漂移。
因电机转速与旋转平台LED闪烁时间的不同步,导致在显示字符时存在字符漂移 的显示,针对此现象。系统中在旋转平台的顶端加装了一个干簧管,在标杆上 加装了一个磁铁,当干簧管经过磁铁时闭合,开始显示字符。巧妙的实现了同 步,解决了字符显示漂移的问题。

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线阵LED图文显示装置(H题)
难点解析:

3、旋转平台重心调节。
旋转重心直接会影响到装置的稳定运行。旋转的重心如果不在转轴上的话?在 高速的旋转中?会产生剧烈的抖动,在巨大的离心力下,会使整个系统分解, 产生安全隐患。再设计旋转平台是充分考虑到控制芯片与自供电电池的安装位 置,已达到重心平衡的目的。


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