LED点书写显示屏设计.doc

LED点阵书写显示屏设计 摘要 本系统以高速单片机STCF1132为核心，设计并制作了一个基于32×32点阵LED模块显示屏。该点阵可以实现扫描微亮和显示点亮两种工作模式，能够通过自制光笔检测在点阵处于扫描微亮状态时获取其行列坐标信息，并能通过液晶显示出来，同时能依据功能要求控制检测点处LED的亮灭，在屏幕上实现“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移”等书写显示功能，并且通过按键可以实现不同功能之间的切换。同时还能够根据环境光强的变化，自动连续调节显示屏上显示的亮度。设计方案运用了4-16线译码器74HC154驱动点阵的行和列，通过单片机的控制实现各种显示功能，显示屏亮度的自动调节采用光敏电阻检测环境光强，通过A/D转换、D/A转换实现对显示亮度的自动调节。 关键词：LED点阵 单片机 74HC154 一、设计任务及要求 1．设计任务 设计并制作一个基于32×32点阵LED模块的书写显示屏，其系统结构如图1所示。在控制器的管理下，LED点阵模块显示屏工作在人眼不易觉察的扫描微亮和人眼可见的显示点亮模式下；当光笔触及LED点阵模块表面时，先由光笔检测触及位置处LED点的扫描微亮以获取其行列坐标，再依据功能需求决定该坐标处的LED是否点亮至人眼可见的显示状态，从而在屏上实现“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移”等书写显示功能。 图1 二、方案论证与比较 1．核心控制模块的的选择 核心控制模块是系统的大脑，控制着系统的所有输入输出、计算、判断与决策。“LED点阵书写显示屏”检测精度要求高且数据存储容量大，选择适合的控制模块，能确保其快速是实现稳定及达到系统要求的基本条件。 方案一：使用ATMEL公司的51系列单片机。此系列单片机使用广泛，但运算速度相对较慢、存储容量小，难以存储大容量程序及数据。 方案二：使用STC系列单片机是高集成单片机，功能和性能都要比51强大很多。比如STC11F32是1T单片机，速度是AT89S51的12倍。而且内部集成了内置振荡器和复位，EEPROM、ADC、PWM、四态I/O接口光是将光能转换为电能的一种传感器件它是构成光电式传感器的主要部件。光结构简单、使用方便光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。采用LED数码管显示器。LED数码管亮度高，醒目，但是其电路复杂，占用资源较多，显示信息量较小。采用LCD液晶显示器。LCD有明显的优点：微功耗、尺寸小，超薄轻巧、显示信息量大、字迹清晰、美观、视觉舒适使整个控制系统更加人性化。基于上面的比较分析和现有的LCD器件，选用方案二。分别将两片74HC154四-十六译码器的Y0-Y15端口与32×32LED点阵的列的高低位相连，74HC154的输入端口A、B、C、D、G1、G2与对应的单片机I/O口连接。单片机先通过74HC154的G1、G2片选端口实现信号的选择输出，从而实现列的扫描，电路如图6a所示。与列的驱动相比，行的驱动有所不同。分别将两片74HC154经过反相器后与每行相连接，而每片74HC154的G1、G2片选端由单独的I/O口来控制。用一个+5V电源分成两路对接好的点阵供电，目的是通过单片机控制一路用于点阵的扫描微亮，另一路用于点阵的显示点亮。其电路图如图6b所示: 图6a LED点阵列的驱动电路 图6b LED点阵行的驱动电路 （3）显示电路部分功能及原理 为了满足系统在工作时能准确显示光笔对应亮点所处的行列坐标值，我们采用型号为LCM103的液晶显示器显示。LCM103为10位多功能通用型8段式液晶显示模块，内含看门狗时钟发生器2种频率的蜂鸣驱动电路内置显示RAM，可显示任意字段笔画划3-4线串行接口可与任何单片机接口。其接口应用模块如图7所示： 图7 LCD驱动电路 （4）键盘的使用及设计 键盘是使用比较简单的独立式键盘，而且具有发光二极管指示功能模块。在程序中采用中断扫描的方式，在没有键操作时CPU执行正常程序，只在有键操作时才处理键盘程序。其电路如图8所示： 图8 独立式键盘电路图 按键功能： 按键一：实现各按键功能的切换；按键二：按键三：按键 3.4 发挥部分的设计与实现 光照的检测与控制 经分析，想要实现当环境光强改变时能自动连续调节屏上显示亮度的要求，其关键是对点阵周围环境光照的检测与控制。我们通过硬件电路很好的完成了对光照的检测。基本原理是用LM358与光敏电阻够成一恒流源并于三极管的基极连接，当光敏电阻因光强的变化而改变其自身阻值时，三极管的基极电压也会随着变化。与其集电极连接的发光二极管的亮度也会伴随着改变，以此判断周围光强的变化。电路如图9所示： 图9 光照检测电路 四、系统软件设计 软件设计包括单片机和CPLD。 4.1 程