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LED点阵书写显示屏的设计

2011-12-2322:51:14来源:21IC

关键字：STC89C58LED双色点阵红外光电三板管光笔

近年来，点阵LED显示屏利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成可变面积的显

示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特

点，已成为众多显示媒体以及户外作业显示的电子工具，广泛地应用于车站、宾馆、金

融、证券、邮电、体育等广告发布或交通运输等行业。目前LED显示屏的设计已经有多种

方法可以实现，本设计是基于STC89C58单片机利用自制的光笔中红外光电三极管检测光

笔触及位置处红色LED灯的点亮，计算出光笔位置的行列坐标，并根据按键设置的不同工

作模式控制LED显示，从而实现点亮、划亮、反显、清屏、笔画拖动、轮流显示等功能。

1系统设计方案

用双色LED点阵(红色和绿色)模块组合成32×32的LED点阵屏。其中红色LED作微亮

扫描检测用，绿色LED作显示用，用红外光电三极管自制光笔。在检测时依次点亮红色

LED，当点亮到某个LED时，如果此时光笔放在该LED时，这时红外光电三极管的阻值

会发生变化，通过相应的检测电路可以得出一个高低电平的变化，单片机检测到信号变化

时就可以判断光笔的当前位置。

该方案简单易行，对光笔位置判断的灵敏度较高，抗外界干扰能力强。采用双色点阵和

红外光电三极管能够有效地减少环境可见光和显示LED(绿色)所发的光线对光笔中光电三

极管的干扰。

2系统结构及单元模块设计

2．1系统总体框图

系统主要由微处理器STC89C58，32×32双色LED点阵显示、光笔及检测电路、外界光

照强度检测电路、按键输入电路、液晶显示模块等几个部分组成。系统硬件结构框图如图

1所示。

单片机STC89C58片内有1KB的片外RAM，能够满足保存四屏显示信息要求，该单片

机性价比很高。系统原理图如图2所示。

2．2光笔及检测电路

用红外光电三极管自制光笔，光笔检测电路如图3所示。图中Q2是用红外光电三极

管，用来完成对32×32点阵红色LED灯点亮或熄灭的检测；R6，RP1用于对Q2进行限

流，另外还可以调节RP1来提高或减小输出的电压值；R7，R8是用于给U3A(比较器)的

同相端提供基准电压值，通过它跟采集信息输出来的电压值进行比较(U2U3，

U1=Umin)，R12是U3A的输出上拉电阻。工作原理如下：当红光照到红外光电三极管上

时，红外光电三极管的电阻变小，其射极电压升高，此时2脚电压比3脚电压高，比较器

1端输出为低电平。当电容C11充电一段时间之后，比较器2脚电压比3脚电压低，比较

器1端输出为高电平。由此，当检测到光信号时，该电路将产生一个脉冲信号。由于在电

路中加了耦合电容，可有效地防止环境对光笔的影响。

在本系统中，光笔是一个非常重要的一个环节，为了更好的稳定工作，必须添加适当的

抗干扰措施。在信号传输方面采用屏蔽软同轴铜线，在红外光电三极管外围套加黑色热缩

管，红外光电三极管比单个LED灯的直径小，以确保少受外界红外线的干扰。

2．3LED双色点阵显示与驱动电路

LED双色(红、绿)点阵的型号有很多，其中最为常用的有4×4，8×8，16×16式模块，本

设计需要一个32×32的双色显示，其显示亮度、体积由设计者自行定义。考虑到采购的因

素，选择由16块8×8双色点阵模块组成32×32点阵显示屏，利用由74HC154和74HC595

芯片来驱动显示，由串行口工作在模式0(速度快)将显示信息快速送入74HC595。

LED是一个非线性元器件，当它两端的电压达到一定的值后，通过它本身的电流会急剧

上升。考虑32×32点阵式由1024个发光二极管组成，当它们同时点亮时的电流很大，必

须考虑电源供电能力。一般LED的电流值为5～20mA，取最大值20mA，同时点亮两

行，有：I=20×64=1280mA。

2．4外界光照检测电路

外界光照检测电路如图4所示。电路采用光敏电阻RP串联一个固定电阻R9，将光照变

化转换为电压变化，此电压信号通过芯片AD833进行模数转换(A／D)后，由5脚送入单片