LED 點陣顯示屏在生活中是很常見的，給我們的生活帶來了很多的便利。 由于LED 顯示亮度不能隨外界環(huán)境光而改變，存在白天顯示不清或黑夜因太亮而炫目的問題。 如果能實現(xiàn)控制其亮度，不僅可以節(jié)省能源，還可以使顯示屏的顯示效果更加清晰。 本設計介紹的是利用MSP430F169單片機系統(tǒng)控制的環(huán)境光自適應LED 顯示屏，該屏能夠根據(jù)環(huán)境光的強弱自動調整亮度，以避免白天顯示不清或黑夜因太亮而炫目，并與上位機進行通信。 LED 顯示屏應用領域廣泛，如商場、娛樂場所、工廠、學校等大型場所，對其研究有著實用的價值及良好的發(fā)展前景。
1 系統(tǒng)結構框圖
本系統(tǒng)主要由MSP430F169 單片機系統(tǒng)、降壓整流濾波電路、穩(wěn)壓電路、開關調壓電路、RS485 通信接口電路、LED 行列驅動電路、環(huán)境光檢測電路、LED 顯示屏、上位PC 計算機等構成。
本系統(tǒng)的結構框圖，如圖1 所示。
圖1 系統(tǒng)結構框
2 基本原理
本設計采用列發(fā)送數(shù)據(jù)，行掃描的方式實現(xiàn)LED 顯示文字或圖像。 本方法與硬件電路相結合，達到顯示屏整體亮度相對均勻的目的。
利用光敏電阻對環(huán)境光的敏感特性，采集環(huán)境光的變化狀況，將其轉換成電信號并送入到單片機中，由單片機進行信號處理，并按照一定的規(guī)律控制輸出PWM 波的占空比。
在單片機與LED 顯示屏之間加一個開關調壓電路，實現(xiàn)單片機對顯示屏的亮度調整。 將調整后的PWM 波對開關調壓電路進行控制，從而調節(jié)顯示屏的輸入電壓的大小，最終實現(xiàn)顯示屏的亮度控制。
3 電路設計
3. 1 MSP430F169 單片機系統(tǒng)電路
MSP430F169 單片機系統(tǒng)電路為主控制電路。 MSP430 系列單片機是美國德州儀器公司1996 年開始推向市場的一種16 位超低功耗的混合信號處理器（ Mixed Signal Processor） ，該單片機具有以下幾個特點： 超低功耗、強大的處理能力、豐富的片內外圍模塊、方便高效的開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)工作穩(wěn)定。 由于MSP430F169 單片機內部集成了12 位的A/D 和D/A 并且產生PWM 波程序簡單，不再需要外加A/D 電路、D/A 電路和PWM 波產生電路，由此簡化了外圍電路的設計，所以本設計選用MSP430F169 單片機，如圖2 所示。
圖2 單片機系統(tǒng)電路
3. 2 降壓整流濾波電路
220 V 交流電經過變壓器降壓后，由整流橋整流成單向脈動電壓，經電容濾波成脈動很小的直流電壓。 由于該直流電壓隨電網電壓波動，如果直接作為顯示屏電源，會造成顯示屏的閃爍，因此采用穩(wěn)壓電路對其進行穩(wěn)壓。 7805 是專用的三端穩(wěn)壓器件，輸入濾波后的電壓（ U≈9 V） ，穩(wěn)壓輸出的5 V 電壓（ VCC） 供IPIC68273 使用。 MSP430系列單片機電源電壓范圍是1. 8 ～ 3. 6 V，因此將5 V 電壓經二極管降壓0. 7 V（ VSS） 后，供單片機系統(tǒng)使用。 經長期實驗證明，單片機系統(tǒng)可長期安全可靠運行，其優(yōu)點是與5 V 供電的TTL 或CMOS 電路接口，不必再加電平轉換電路，如圖3所示。
圖3 降壓整流濾波電路
3. 3 開關調壓電路
利用兩個NPN 型晶體管組成反相放大電路以實現(xiàn)PMOS 開關管斬波放大，用PWM 波調整PMOS 開關管的導通時間來控制VDD 作用于顯示屏的平均電壓的大小，進而控制LED 的亮度。
為防止網絡電壓的波動對顯示屏造成影響，故用定值電阻R4 與R5 組成分壓測量電路，對電壓進行精確測量控制，用于實現(xiàn)顯示屏電壓的穩(wěn)定可靠，如圖4 所示。
圖4 開關調壓電路
3. 4 行列驅動電路
LED 顯示驅動采用動態(tài)掃描驅動方式，每次只能點亮一行LED（ 共陽形式LED 顯示點陣模塊） ，由于TPIC6B273 是以OC 門方式輸出的，所以特別適宜選擇共陽形式LED 顯示點陣模塊做基礎顯示單元。 行掃描電路采用4 /16 譯碼器CD4515 譯碼形成行掃描脈沖，放大后直接形成行掃描信號，如圖5 所示。
圖5 單色共陽極LED 驅動電路
3. 5 環(huán)境光檢測電路
光敏電阻是用半導體材料制成的光電器件，它沒有極性。 利用光敏電阻RG 與定值電阻R1 組成環(huán)境光檢測電路，通過測量R1 兩端電壓的變化來檢測環(huán)境光強弱的變化，如圖6 所示。
圖6 環(huán)境光檢測電路
3. 6 RS485 通信接口電路
MAX485 是用于RS485 通信的差分平衡收發(fā)器，由MAXIM 公司生產。 芯片內部包含一個驅動器和一個接收器，適用于半雙工通信。 上位PC 機通過通信接口電路與單片機系統(tǒng)進行通信，如圖7 所示。
圖7 RS485 通信接口電路
4 程序設計
環(huán)境光自適應LED 顯示屏控制程序使用IAR 軟件，利用C 語言進行編寫，如圖8 所示。
圖8 環(huán)境自適應LED 顯示屏程序框
5 結論
本文所論述的環(huán)境光自適應LED 顯示屏，可隨環(huán)境光的變化而改變亮度，使顯示屏不至于太過刺眼或者太暗，同時有效地控制了能耗，使電源效率達到75%以上，本系統(tǒng)達到了預期的實驗目的。 通過改進，可應用于學校、商場、工廠、證券交易等場所的顯示，本系統(tǒng)的研究有著極其實用的價值和良好的發(fā)展前景。