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LED点阵书写显示屏的设计2011-12-23 22:51:14 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1 KB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。
点阵式汉字LED显示屏电路原理与制作汉字显示屏广泛应用与汽车报站器，广告屏等。
本文介绍一种实用的汉字显示屏的制作，考虑到电路元件的易购性，没有使用8*8的点阵发光管模块，而是直接使用了256个高量度发光管，组成了16行16列的发光点阵。
同时为了降低制作难度，仅作了一个字的轮流显示，实际使用时可根据这个原理自行扩充显示的字数。
1汉字显示的原理：我们以UCDOS中文宋体字库为例，每一个字由16行16列的点阵组成显示。
即国标汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。
我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。
事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在256像素范围内的任何图形。
用8位的AT89C51单片机控制，由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分为2个部分。
一般我们把它拆分为上部和下部，上部由8*16点阵组成，下部也由8*16点阵组成。
在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的p00---p07口。
方向为p 00到p07 ,显示汉字“大”时，p05点亮,由上往下排列，为p0.0 灭，p0.1 灭, p0.2 灭p0.3 灭, p0.4 灭, p0.5 亮,p0.6 灭,p0.7 灭。
即二进制00000100，转换为16进制为 04h.。
上半部第一列完成后，继续扫描下半部的第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从p27向p20方向扫描，从上图可以看到，这一列全部为不亮，即为00000000，16进制则为00h。
然后单片机转向上半部第二列，仍为p05点亮，为00000100，即16进制04h.这一列完成后继续进行下半部分的扫描，p21点亮，为二进制00000010，即16进制02h.依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“大”的扫描代码为：04H,00H,04H,02H,04H,02H,04H,04H04H,08H,04H,30H,05H,0C0H,0FEH,00H05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H04H,04H,0CH,06H,04H,04H,00H,00H由这个原理可以看出，无论显示何种字体或图像，都可以用这个方法来分析出它的扫描代码从而显示在屏幕上。
led点阵显示屏工作原理
LED点阵显示屏是一种使用LED灯珠组成像素点的显示设备，可以显示文字、图像和动态效果。
它是由许多个LED灯珠组
成的矩阵，每个LED灯珠充当一个像素点。
LED点阵显示屏的工作原理是通过控制每个LED灯珠的亮灭
状态来显示图像。
每个像素点都有一个控制器，控制器通过电信号控制LED灯珠的开关状态。
当需要显示某个像素点时，
相应的控制器发送控制信号，使对应的LED灯珠点亮，而其
他灯珠则保持熄灭状态。
通过不同的LED灯珠亮灭组合，可
以显示出不同的图案和文字。
LED点阵显示屏通常采用的是逐行扫描的方式进行显示。
当
需要显示一行像素点时，控制器按照预设的规律依次发送控制信号，点亮该行的LED灯珠。
然后快速切换到下一行，再次
发送控制信号。
通过不断重复这个过程，整个屏幕的像素点逐行点亮，最终形成完整的图案。
此外，LED点阵显示屏还需要外部的控制电路来生成控制信号。
通常使用的是微控制器或专门的驱动芯片，通过编程控制LED灯珠的亮灭状态。
控制信号可以通过串行通信或并行通
信的方式传输到控制器。
总的来说，LED点阵显示屏通过控制LED灯珠的亮灭状态来
显示图案和文字。
通过逐行扫描的方式进行显示，并使用控制电路生成相应的控制信号。
这样就能够实现LED点阵显示屏
的工作原理。
LED点阵书写显示屏的设计摘要以ARM系列主流32位微处理器STM32为控制核心设计LED点阵书写显示屏系统。
系统主要包括主控模块、光笔模块、键盘输入模块、液晶显示模块、电源模块和32×32LED点阵屏。
系统通过键盘进行功能切换，光电三极管作为光笔的感应器件，在STM32的控制下进行信号采集，进而实现LED点阵屏的“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移、点阵屏亮度调节、超时休眠”等功能。
经测试，系统功能齐全，响应速度快，书写流畅，各项性能指标均达到了设计要求。
Abstract：Writing Dot Matrix LED Display System is designed,which control core is ARM-series of mainstream 32-bit microprocessor of STM32.Which mainly includes Control module,Light pen module,Keyboard input module,Liquid crystal display modules,Power modules,and 32 ×32LED dot-matrix display.Function Switch is conducted by keyboard keys,a light pen sensing devices is photoelectric transistor,Under the control of the STM32 signal acquisition,LED dot-matrix screen’s function are reslized of Light,zoned light,anti-evident,and the entire screen erase,stroke erase,write continuously-word,object drag,dot-matrix screen brightness adjustment,overtime sleep,and so on.Been tested,which fully functional,fast response,writing fluency,the performance indicators have reached the design requirement.一、方案的选择和论证根据题目要求，系统可以分为几个基本模块，各模块的实现方案如下：1、控制器模块方案一：采用89C51单片机，技术成熟，调试方便，价格便宜。
led点阵显示屏工作原理
LED点阵显示屏工作原理：
1. LED点阵显示屏是通过许多小型LED灯组成的。
每个LED
灯都代表一个像素，并可以独立控制其亮度和颜色。
2. 在LED点阵显示屏的背后，有一个控制电路来控制LED灯
的工作。
这个控制电路接收来自输入源的信号，并将其转换为LED灯的亮度和颜色控制信号。
3. 控制电路会将输入信号转换为合适的电压和电流，使LED
灯发光。
LED灯发光的原理是当电流通过LED芯片时，电子
和空穴在PN结附近重新结合，释放出能量，产生可见光。
4. 控制电路会根据输入信号的要求，控制LED灯的亮度和颜色。
可以通过改变电流的大小来控制LED灯的亮度，而改变
三原色（红、绿、蓝）的电流比例来控制LED灯的颜色。
5. LED点阵显示屏的控制电路还可以通过行列扫描的方式控
制LED灯的亮灭。
具体地，控制电路会按照一定的顺序逐行
激活LED灯，使其发光，以形成显示内容。
6. 最终，LED点阵显示屏上的LED灯会相互组织，形成图形、文字或动画等显示效果。
这些效果是通过控制电路和输入信号产生的。
led点阵屏工作原理
LED点阵屏是由许多LED灯组成的显示装置，其工作原理如下：
1. 电路控制：点阵屏由驱动电路控制，驱动电路接收来自主控芯片或者其他控制器的信号，并将其转化为各个LED灯的亮
灭控制信号。
2. 能源供应：点阵屏需要外部提供电源以供给LED灯的工作，一般采用直流电源。
3. LED灯发光：点阵屏上的每个LED灯都是一个发光二极管。
当驱动电路发送亮灭控制信号时，“亮”状态的信号会使得
LED灯通电，使其发光。
4. 扫描显示：点阵屏将显示的内容通过二进制编码的方式传输到驱动电路，驱动电路则按照一定的规律控制点阵屏中LED
灯的亮灭，实现内容的显示。
通常情况下，点阵屏会采用多行、多列的方式进行扫描显示，通过快速的扫描刷新，给人的感觉是整个屏幕在同时显示。
5. 彩色显示控制：对于彩色的LED点阵屏，每个LED灯会由
多个不同颜色的LED芯片组成，通过调节每个LED芯片的亮
度和亮灭时间来实现不同颜色的混合显示效果。
综上所述，LED点阵屏通过电路控制、LED灯的发光、扫描
显示等步骤来实现各种不同内容的显示功能。
LED点阵书写显示屏
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，该系列单片机是高集成单片机，功能和性能都要比51系列强大很多。
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。
基于以上分析我们采用高速、高容量的STC11F32单片机。
2．光笔设计的方案选择
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，但经调试发现其响应时间长，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，具有一定的可靠性，功耗低.相比于光敏电阻而言灵敏度较差，需要较高倍数的放大器才能实现精准识别的效果。
方案三：采用光敏三极管，其工作原理与光敏二极管相似。
但光敏三
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。
所以其灵敏度更高，响应时间快。
基于以上分析，我们采用光敏三极管作为光笔的检测部件。
3．显示方案的选择
(1)显示种类的选择
方案一：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。
方案二：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。
(2)液晶显示模块的选择
方案一：采用SMCA1602并行口液晶显示器，其功耗低且使用方便。
但占用的I/O口线较多，而单片机I/O口资源有限。
方案二：采用LCM301液晶显示器，其是串行口显示，所需I/O口较少，节省了资源，焊接电路时也较为方便。
本设计使用的I/O口比较多，基于以上分析，我们选择方案二。
4．点阵显示模式方案的选择
方案一：采用PWM调制方式，用软件来控制点阵的点亮与熄灭。
但考虑到实现设计的要求需大的存储空间，为节省资源我们放弃了这种方案。
方案二：将点阵的驱动电源分为两路，一路为正常电压，另一路通过硬件电路调节恰好能使点阵处于微亮状态。
结合软件实现点阵的显示模式的改变。
这样节省了资源的同时，也节约了时间。
基于以上分析我们选择了方案二。
三、系统硬件设计
1．系统的总体设计
本设计以STCF1132为核心部件结合按键、LCD显示、光笔检测及LED点阵驱动显示等部分组成。
系统框图如图2所示：
图2 系统框图
2．单元模块的设计及参数计算
（1）光笔的设计及单元参数的设计
在一空的笔壳内，将光敏三极管放置在笔壳底端，光敏三极管的引脚从一个与其直径等宽的空管引出至空管的顶部，并在其中一引脚中接一弹片，在接近的地方用铜片贯穿空管且正好卡在笔管的内部。
与此同时，用一弹簧套在空管外部，并将其底不固定，这样，当笔管在点阵屏上上下抖动时，内部光敏三极管就能很好的检测了。
其结构如图3所示：
图3 光笔的结构图
为了能使设计的光笔更好的检测，我们设计了如图4所示的内部电路图。
其基本原理是基于光敏三极管，通过电压比较器传输到单片机系统，进而实现光笔的检测。
图4 光笔电路图
（2）32×32LED点阵的连接及驱动控制电路
经分析要想得到32×32的点阵需要用16个共阳型8×8点阵（其引脚图如图5所示）来构建。
其方法是将点阵对应的行线和列线分别
进行连接，使每一条行线引脚接一行32个LED，列线也相同。
图5
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 程序总体流程图
4.2 各个功能模块流程图
五、 测试结果
结论（系统电路存在的不足和改进的方向(或称)）。
