LED点阵书写显示屏设计方案

I 阵书写显示屏 设计方案第一章 设计任务及要求 务 设计并制作一个基于 32阵 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， 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 阵模块表面时，先由光笔检测触及位置处 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 否 点亮至人眼可见的显示状态 (如下图中光笔接触处的深色 已被点亮 )，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 阵书写显示屏系统结构示意图 求 (1)在“点亮”功能下，当光笔接触屏上某点 ，能即时点亮该点 在控制器上同步显示该点 行列坐标值 (左上角定为行列坐标原点 )。 (2)在“划亮”功能下，当光笔在屏上快速划过时，能同步点亮划过的各点 速度要求 2s 内能划过并点亮 40 点 (3)在“反显”功能下，能对屏上显示的信息实现反相显示 (即：字体笔画处不亮，无笔画处高亮 )。 (4)在“整屏擦除”功能下，能实现对屏上所显示信息 的整屏擦除。 控制器 32 点阵模块 光笔 2 第二章 系统 整 体框架 系统整体框架图如图一所示， 分为控制模块、显示模块、光笔模块、 阵模块和辅助模块 (包括键盘、数据存储等 )。 图 统整体框架图 电源模块 辅助模块 阵模块 光笔模块 显示模块 控制模块 3 第三章 方案论证与比较 制模块 在数字信号处理中，常用的控制器有 嵌入式 51 单片机。 以直接用硬件扫描、编码、解码、纠错，速度快、稳定性高，但其价格昂贵，很多的功能在本设计难以使用到。 有较快的数据处 理速度，能实时地、快速地监测信号量的变化 ，但其 受采样频率的限制，处理频率范围有限 。 一种低功耗、高性能 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 储器。使用 司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80品指令和引脚完全兼容。片上 许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 在系统可编程 得 众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案 ,具有 硬件的设计十分简单，软件开发周期短等特 点。 考虑到价格、功耗及系统的要求， 最终 选用 片机 为控制系统 。 笔 模块 光笔设计的关键是选择合适的传感器件，只有具有很高的灵敏度和一定的响应时间的传感器才能完成系统的要求及功能。 方案一：采用核心部件为光敏电阻制成的光笔检测系统。 光 敏电阻 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 敏电阻 结构简单、使用方便 、价格便宜，但其响应时间长，不易检测。 方案二： 采用光敏二极管，与光敏电阻相比有较好的高频特性，具有较好的可靠性，功耗低 ， 且同样价格低廉，使用方便。 比较两种 器件，系统设计中选用光敏二极管制作光笔模块。 阵模块 阵的显示方式有以下几种： 1)在 阵上贴上一层触摸屏，形成压膜式 阵。把触摸屏的信息通过微处理器处理来控制 阵显示。这种显示方式准确，反应速度快，光笔制作 简单 ，但造价高。 2)用普通的 阵，在 阵的边上加上红外线传感接收器，构成 32 32 4 的红外线网，同样光笔制作 简单 ，但硬件复杂，造价也比较高。 3)用普通的 阵，通过自制的光笔传 递信息送入 89片机 ，由 程确定 阵 坐标。 虽然编程复杂，但 硬件简单， 而 且造价最低。 综合各方面的因素， 选择了第三个方案。 5 第四章 系统硬件设计 统的总体设计 本设计以 码管显示、光笔检测及 统框图如图 图 系统结构框图 笔的选取与参数设计 系统要求 2 秒内能点亮 40 点 个灯的定位时间为 50共有 1024 盏灯， 1，每查寻一次的时间为 5通的光敏二极管反应时间在 30 s 左右，完全可以满足设计要求。电路见图 阵屏驱动参数设计 本系统采用共阳极型低态扫描高态显示信号驱动电路和 74存器。系统的锁存器低态输出，其 4以驱动一个 们把 32 32阵，等分为四个 16 16 的 阵来驱动，设定驱动每列 电流为 15流过驱动三极管的总电流为 2408550 三极管最大的工作电流可达 500此选择 8550 三极管驱动。电路图见 图 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8 y9 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9 v+35 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1616 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3116*16 显示点阵6 74存器组成的驱动电路 7 5v+35v+35v+35v+35v+35v+35v+355v+35v+35v+35v+35v+35v+35v+35动原理图 源电路 图 源部分 1 2 H 0010 11 +5V 1k 波电路 电源输入 2 3 1 4 5 6 7 8 9 1 2 3 +5V 8 电源部分采用采用体积小，效率高的开关电源，为系统提供稳定的 5V 直流电压。其电路图如图 示。 单片机人机界面电路图 盘电路 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 行正常程 序，只在有键操作时才处理键盘程序。其 电路如图 示： 盘输入 示电路 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，本设计中采用型号为 0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显示任意字段笔画划 3电路图如图 9 0_21_22_23_2 _示+5示电路 10 第五章 程序设计 统 程序流程图 本设计中，要实现的功能基本都要通过单片机程序来实现。 由于采用的是普通的光敏二极管，在一定程度上限制了反应速度，因此编程采用了多路信号同时输入和数学中的二分法思想编程，提高了系统的执行效率。 系统的 程序流程图 如图 示 ： 图 系统的 程序流程图 序源码 /x 轴显示 #始 硬件初始化 等 待按键进入 是否触屏 扫描 否有光信号返回 坐标点亮 反 显 整屏擦除 11 /时时间设定 #1124 / 2 # (65535256) # (65535256) #2 #0 #1 # 0 0 0 0 0 0 0 0 0 uc = 0; /*_; /= 0 ; */ 128 _2 _2 _2 _32=0; 35; 34; 32; 12 33; ; ; ; ; ; ; ; ; ; uc uc 2; uc 2; uc ; ; ui ; uc ; uc uc uc uc uc uc uc uc uc uc uc uc uc ; /初始化工作 / ; /键盘读入 / 13 ; /数据输出处理 / ; /定时处理 / ui, /数码显示 / uc, /按键译码 / ; /描 / /扫描 Y 轴 / uc, /二个单字节 ; /屏幕输出 ; /坐标处理 / ; ; ; /*/ /主程序 / /*/ 2=11; ; /初始化工作 / ) if(1) ; ; /键盘读入 / if(0) ; /数据输出处理 / if(0) ; /描 if(2) if(0) 14 ; /坐标处理 / ; 9; /防止多次进入 if(1) ; ; if(1) ; ; /屏幕输出 /*/ /主程序 _ /*/ /*/ /初始化工作 / /*/ uc c; /定时器设置 (5 点 ) !T C/!T | A=1; ; 15 ; /处理 (0,0); /* 1; 50); ; ; ; ; 50); ; 6; 6; ; 50); ; 6; 6; 50); ; 6; 6; 50); ; 0; 0; 50); ; */ 16 /*/*/ /初始化工作 _ /*/ /*/ /键盘读入 / /*/ n=0; /0 一直无按键 1 上次进入按键 2 一直有按键 3 上次退出按键 a,b; a=b=(a*0b,1); if(a=0b=0; /无按键 ; /有按键 / 666,0); n) : if(1) n=1; n=0; : if(1) n=2; 17 a,b); n=0; : if(1) n=2; n=3; : if(1) n=2; n=0; uc a,uc b) /按键译码 / /555,0); b) ; ; ; 18 ; ; /*/ /键盘读入 _ /*/ /*/ /输出处理 / /*/ uc c,n; t; / ); : /反选 c=0;c128;c+) t=c; t=t; c=t; : /整屏清除 c=0;c128;c+) c=0 19 : ; 0,0); : ; ,0); ; /*/ /输出处理 _ /*/ /*/ /数码显示 / /*/ ui uc a; if(0) a=0; /个位 a; a=0%10; /十位 a; a=00%10; /百位 a; a=000; /千位 a; 20 a= /个位 a; a= /十位 a; a=; a; a= /千位 a; /二个单字节 100 uc c,uc b) uc a; a=b%10; a; a=b/10; a; a=c%10; a; a=c/10; a; 21 /*/ /数码显示 _ /*/ /*/ /描 / /*/ uc i; ; /扫描 0 ; 0; 2; 4; ; /关闭 373 / ); ; 1; 3; 5; ; /关闭 373 i=0;i16;i+) i4; ; /开扫描 if(0) /有光返回 i; i=i4; i); /扫描 Y 轴 ; /关扫描 22 ; /关扫描 /扫描 16 ; 0; 2; 4; ; /关闭 373 ; ; 1; 3; 5; ; /关闭 373 i=0;i16;i+) i4; ; /开扫描 if(0) i+16; i=i4; i); /扫描 Y 轴 ; /关扫描 ; /关扫描 2; 2; /扫描 Y 轴 uc uc i; 23 ; /第一排 373 ; ; ; /关闭 373 0; 1; 2; 3; 4; 5; ; /关闭 373 ; /开扫描 if(0) /有光返回 ; /关扫描 i=0;i8;i+) 1i; /第一排 373 ; ; ; /关闭 373 ; /开扫描 if(0) /有光返回 ; /关扫描 i; ; /关扫描 ; /关扫描 ; /第二排 373 0; 24 1; ; /关闭 373 ; ; 2; 3; 4; 5; ; /关闭 373 ; /开扫描 if(0) /有光返回 ; /关扫描 i=0;i8;i+) 1i; 0; 1; ; /关闭 373 ; /开扫描 if(0) /有光返回 ; /关扫描 i+8); ; /关扫描 ; /关扫描 ; /第三排 373 2; 3; ; /关闭 373 25 ; ; 0; 1; 4; 5; ; /关闭 373 ; /开扫描 if(0) /有光返回 ; /关扫描 i=0;i8;i+) 1i; 2; 3; ; /关闭 373 ; /开扫描 if(0) /有光返回 ; /关扫描 i+16); ; /关扫描 ; /第四排 373 4; 5; ; /关闭 373 ; ; 0; 26 1; 2; 3; ; /关闭 373 ; /开扫描 if(0) /有光返回 ; /关扫描 i=0;i8;i+) 1i; 4; 5; ; /关闭 373 ; /关扫描 ; /开扫描 if(0) /有光返回 ; /关扫描 i+24); ; /关扫描 ; /关扫描 4; /*/ /描 _ /*/ /*/ /坐标处理 / /*/ 27 uc xt,yt,a; ; /关 if(0) if() yt=xt=; if(6) yt=2; xt=; if(4) yt=4; xt=; if(2) yt=6; xt=; a= /第一位亮起 11111110 if(0) a=a; /00000001 a=a|a=a; a=a| a; 28 : ; : ; ; ; /*/ /坐标处理 _ /*/ /*/ /屏幕输出 / /*/ uc a=0; uc c,t; ; c=0;c8;c+) /8 次 t=c4; c+8; /选址 a+t; 4; ; 29 if(a+=15) a=0; /*/ /屏幕输出 _ /*/ 30 第六章 测试方案与测试结果 基本功能测试：对系统的基本功能进行测试，主要测试了系统的稳定性及基本功能的完成情况，具体的测试结果见表一和表二，从测试 结果来看，该系统完全 实现 了设计要求的“点亮 、划亮、反显、整屏擦除 ” 等基本功能，并在“划亮”功能上进行了创新，实现了比设计要求更快的速度。 表一 ：基本功能测试 功能项目 设计 要求 测试结果 点亮 能点亮 能点亮 划亮 2s 内点亮 40 点 s 内点亮 50 点 显 能反显 能反显 整屏 擦除 能 整屏 擦除 能整屏擦除 表二 : 各功能的实际完成情况 基本要求 实际完成情况 “ 点亮 ” 完成 “ 划亮 ” 完成 “ 反显 ” 完成 “ 整屏擦除 ” 完成 31 第七章 总结 本系 统 在 设计 方案时主要考虑 了 以下几个因素：功能 齐全 、 操作简单和 成本 低廉 。用 片机控制实现 阵 显示 的多种功能，完成了 设计