LED点阵书写显示屏设计方案

LED点阵书写显示屏设计方案

第一章设计任务及要求

1.1、任务

设计并制作一个基于32x32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(如下图中光笔接触处的深色LED点已被点亮)，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1.1 LED点阵书写显示屏系统结构示意图

1.2、要求

(1)在“点亮”功能下，当光笔接触屏上某点LED时，能即时点亮该点LED，并在控制器

上同步显示该点LED的行列坐标值(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LED，其速度

要求2s能划过并点亮40点LED。

(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。

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、LED点阵模块和辅助模块(包括键盘、数据存储等)。

图2.1 系统整体框架图

第三章方案论证与比较

3.1、控制模块

在数字信号处理中，常用的控制器有FPGA、DSP及嵌入式51单片机。

FPGA可以直接用硬件扫描、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。

DSP都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，处理频率围有限。

AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允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CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为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AT89S52单片机为控制系统。

3.2、光笔模块

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。

3.3、LED点阵模块

LED点阵的显示方式有以下几种：

1)在LED点阵上贴上一层触摸屏，形成压膜式LED点阵。把触摸屏的信息通过微处理器处理来控制LED点阵显示。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LED点阵，在LED点阵的边上加上红外线传感接收器，构成32×32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LED点阵，通过自制的光笔传递信息送入89S52单片机，由AT89S52单片机编程确定LED点阵坐标。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。

第四章系统硬件设计

4.1、系统的总体设计

本设计以AT89S52为核心部件结合按键、数码管显示、光笔检测及LED点阵驱动显示等部分组成。系统框图如图4.1所示：

4.2

图4.2 光电笔电路图

采用C语言2分法查寻需要10次，每查寻一次的时间为5ms。普通的光敏二极管反应时间在30μs左右，完全可以满足设计要求。电路见图4.2。

4.3、点阵屏驱动参数设计

本系统采用共阳极型低态扫描高态显示信号驱动电路和74LS373锁存器。系统的锁存器低态输出，其I

可达24mA，足以驱动一个LED。我们把32×32LED点阵，等分为OL

四个16×16的LED点阵来驱动，设定驱动每列LED的电流为15mA，则流过驱动三极管的总电流为240mA，8550三极管最大的工作电流可达500mA，因此选择8550三极管驱动。电路图见图4.3和4.4。

图4.3 由74LS373锁存器组成的驱动电路

图4.4 驱动原理图

4.5、电源电路

图4.5 电源部分

滤波电路

电源输入

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4.5所示。

4.6、单片机人机界面电路图

4.6.1、键盘电路

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4.6所示：

图4.6 键盘输入

4.6.2、LED显示电路

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，含看门狗时钟发生器2种频率的蜂鸣驱动电路置显示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。其电路图如图4.7所示。