32×32點陣LED模塊顯示屏設計方案

1、目錄目錄ii第一章 緒論11.1課題來源11.2設計任務及要求1第二章 系統(tǒng)方案設計32.1系統(tǒng)的總體設計32.2各模塊的設計。32.2.1核心控制模塊的的設計32.2.2光筆設計32.2.3顯示方案的設計42.2.4點陣顯示模式設計4第三章 系統(tǒng)硬件設計53.1光筆的設計53.2 3232led點陣的連接63.3 3232led點陣的驅動控制電路73.4 顯示電路部分功能及原理73.5 鍵盤的使用及設計83.6 光照的檢測與控制9第四章 系統(tǒng)軟件設計114.1主程序設計114.2 外中斷0服務程序（坐標檢測）124.3.外中斷1服務程序（按鍵處理）134.4lcm103驅動程序設計13第五章

2、 系統(tǒng)測試與結果155.1 劃亮反顯擦除拖移的測試和結果155.2屏亮自動調節(jié)測試和結果155.3 超時關顯示節(jié)電測試和結果15總結及展望16致謝17參考文獻18附錄1 總電原理圖（單片機系統(tǒng)與點陣驅動電路）19附錄2 總電原理圖（3232點陣連接電路）20附錄3 源程序21第一章 緒論1.1課題來源 本課題來源于全國大學生電子設計競賽led點陣書寫顯示屏，它是一種控制半導體發(fā)光二極管的顯示裝置，其主要功能是實現“點亮、劃亮、反顯、整屏擦除、筆畫擦除、連寫多字、對象拖移”等書寫顯示。1.2設計任務及要求設計并制作一個基于3232點陣led模塊的書寫顯示屏，其系統(tǒng)結構如圖1-1所示。在控制器的管

3、理下，led點陣模塊顯示屏工作在人眼不易覺察的掃描微亮和人眼可見的顯示點亮模式下；當光筆觸及l(fā)ed點陣模塊表面時，先由光筆檢測觸及位置處led點的掃描微亮以獲取其行列坐標，再依據功能需求決定該坐標處的led是否點亮至人眼可見的顯示狀態(tài)，從而在屏上實現“點亮、劃亮、反顯、整屏擦除、筆畫擦除、連寫多字、對象拖移”等書寫顯示功能?？刂破?232 led 點陣模塊 光筆 圖1-1 led點陣書寫顯示屏系統(tǒng)結構示意圖設計的最終要求是：在點亮功能下當光筆接觸屏上某點led時，能即時點亮該led；在劃亮功能下當光筆快速劃過時，能同步點亮劃過的各led，其速度要求2s內能劃過并點亮40點led；在反顯功能下能

4、對屏上顯示的信息實現反向顯示；在屏幕擦除功能下能實現對屏上所顯示信息整屏擦除；在筆畫擦除功能下，能用光筆擦除屏上所顯漢字的筆畫；在連寫多字功能下，能結合自選的擦除方式，在30s內以劃亮方式寫出四個漢字且存入機內；在對象拖移功能下，能用光筆將選定顯示內容在屏上進行拖移，先用光筆以劃亮方式在屏上圈定欲拖移顯示對象，再用光筆將該對象拖移到屏上另一位置；當光強改變時，能自動連續(xù)調節(jié)屏上顯示亮度；當光筆連續(xù)未接觸屏面的時間超過1-5min時，自動關閉屏上顯示，并使系統(tǒng)進入休眠模式。第二章 系統(tǒng)方案設計2.1系統(tǒng)的總體設計根據課題要求，led點陣書寫顯示屏由主控模塊，按鍵電路、led點陣模塊、光筆電路及l(fā)

5、ed點陣驅動顯示等部分組成。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：按鍵mcu驅動電 路led點陣光筆檢 測lcd顯示光強檢 測 圖2-1系統(tǒng)框圖2.2各模塊的設計。2.2.1核心控制模塊的的設計核心控制模塊是系統(tǒng)的大腦，控制著系統(tǒng)的所有輸入輸出、計算、判斷與決策?！發(fā)ed點陣書寫顯示屏”檢測精度要求高且數據存儲容量大，選擇適合的控制模塊，能確保其快速是實現穩(wěn)定及達到系統(tǒng)要求的基本條件。使用stc系列單片機，該系列單片機是高集成單片機，功能和性能都要比51系列強大很多。比如stc11f32是1t單片機，速度是at89s51的12倍。而且內部集成了內置振蕩器和復位，eeprom、adc、pwm、四態(tài)i/o接口。

6、2.2.2光筆設計光筆設計的關鍵是選擇合適的傳感器件，只有具有很高的靈敏度和一定的響應時間的傳感器才能完成系統(tǒng)的要求及功能。方案一：采用核心部件為光敏電阻制成的光筆檢測系統(tǒng)。光敏電阻是將光能轉換為電能的一種傳感器件，它是構成光電式傳感器的主要部件。光敏電阻結構簡單、使用方便、價格便宜，但經調試發(fā)現其響應時間長，不易檢測。方案二：采用光敏二極管，與光敏電阻相比有較好的高頻特性，具有一定的可靠性，功耗低.相比于光敏電阻而言靈敏度較差，需要較高倍數的放大器才能實現精準識別的效果。方案三：采用光敏三極管，其工作原理與光敏二極管相似。但光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉換成電信號的功能外，還有對電

7、信號放大的功能。所以其靈敏度更高，響應時間快?；谝陨戏治觯覀儾捎霉饷羧龢O管作為光筆的檢測部件。2.2.3顯示方案的設計采用lcd液晶顯示器。lcd有明顯的優(yōu)點：微功耗、尺寸小，超薄輕巧、顯示信息量大、字跡清晰、美觀、視覺舒適。使整個控制系統(tǒng)更加人性化。采用lcm301液晶顯示器，其是串行口顯示，所需i/o口較少，節(jié)省了資源，焊接電路時也較為方便。2.2.4點陣顯示模式設計將點陣的驅動電源分為兩路，一路為正常電壓，另一路通過硬件電路調節(jié)恰好能使點陣處于微亮狀態(tài)。結合軟件實現點陣的顯示模式的改變。這樣節(jié)省了資源的同時，也節(jié)約了時間第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1光筆的設計光筆用光電三極管3du33型

8、光敏三極管檢測點陣屏發(fā)光的強弱變化電壓信號，lm393為比較器。由于點陣的光強相對較弱，通過光電三極管的電流很小，通過串接硅二極管來提升光電三極管發(fā)射極電壓，方便后級比較器作業(yè)，便于單片機檢測信號。光筆原理圖如下圖3-1所示：圖3-1光筆原理圖在一空的筆殼內，將光敏三極管放置在筆殼底端，光敏三極管的引腳從一個與其直徑等寬的空管引出至空管的頂部，并在其中一引腳中接一彈片，在接近的地方用銅片貫穿空管且正好卡在筆管的內部。與此同時，用一彈簧套在空管外部，并將其底不固定，這樣，當筆管在點陣屏上上下抖動時，內部光敏三極管就能很好的檢測了。其結構如圖3-2所示：圖3-2 光筆的結構圖3.2 3232led

9、點陣的連接經分析要想得到3232的點陣需要用16個共陽型88點陣（其引腳圖如圖3-3所示）來構建。其方法是將點陣對應的行線和列線分別進行連接，使每一條行線引腳接一行32個led，列線也相同。圖3-3led點陣3.3 3232led點陣的驅動控制電路3232 led點陣的行信息控制用2片74hc154，構成532譯碼器，單片機口線控制其譯碼輸出。列的微亮掃描、點亮也分別用2片74hc154，4個片選分別單獨控制，微亮掃描（2.5v）、點亮（5v）電源分別通過三極管構成的開關加到點陣的列控制端。由于整屏顯示是1024個燈循環(huán)亮，為提高顯示亮度，限流電阻取51歐姆（取消也可以，但為了防止制作調試過程

10、中燒壞led燈，不取消為好），電路如圖3-4所示。微亮掃描時流過led的電流為： （2.5-1.8）/51=13.7ma點亮點陣時流過led的電流為： （5-1.8）/51=62.7ma流過led電流雖然比較大，但時間很短，因此不會燒壞led燈。 圖3-4led驅動電路3.4 顯示電路部分功能及原理為了滿足系統(tǒng)在工作時能準確顯示光筆對應亮點所處的行列坐標值，我們采用型號為lcm103的液晶顯示器顯示。lcm103為10位多功能通用型8段式液晶顯示模塊，內含看門狗時鐘發(fā)生器2種頻率的蜂鳴驅動電路內置顯示ram，可顯示任意字段筆畫劃3-4線串行接口可與任何單片機接口。其接口應用模塊如圖3-5所示：

11、引腳排列圖如表3-1所示。引腳符號說明輸入/輸出1vdd正電源，必須接！ 輸入2vlcdlcd 屏工作電壓調整，可調整視角對比度，必須接！。輸入3/intwdt/定時器輸出,集電極開路輸出，不用可不接。輸出4led不用輸入5bz壓電陶瓷蜂鳴片驅動 +極輸出6/bz壓電陶瓷蜂鳴片驅動 極 輸出7/cs模塊片選,內部上拉，必須接！ 輸入8/rd模塊數據讀出控制線，內部上拉輸入9/wr模塊數據/指令寫入控制線,內部上拉，必須接！ 輸入10data數據輸入/輸出,內部上拉，必須接！ 輸入/輸出11vss負電源,接地線，必須接！圖3-5 lcd接口應用模塊表3-1 led接口引腳排列圖注：b 處焊盤為用

12、戶需降低功耗時外加32.768khz 晶體。a 處兩焊盤分別接vdd 與vlcd。3.5 鍵盤的使用及設計鍵盤是使用比較簡單的獨立式鍵盤，而且具有發(fā)光二極管指示功能模塊。在程序中采用中斷掃描的方式，在沒有鍵操作時cpu執(zhí)行正常程序，只在有鍵操作時才處理鍵盤程序。其電路如圖3-6所示：圖3-6 獨立式鍵盤電路圖按鍵功能：按鍵一：實現點亮等功能；按鍵二：修改休眠時間；按鍵三：實現多姿連寫時的保存與回放；按鍵四：實現整屏擦除于休眠喚醒3.6 光照的檢測與控制經分析，想要實現當環(huán)境光強改變時能自動連續(xù)調節(jié)屏上顯示亮度的要求，其關鍵是對點陣周圍環(huán)境光照的檢測與控制。我們通過硬件電路很好的完成了對光照的檢

13、測。基本原理是用lm358與光敏電阻夠成一恒流源并于三極管的基極連接，當光敏電阻因光強的變化而改變其自身阻值時，三極管的基極電壓也會隨著變化。與其集電極連接的發(fā)光二極管的亮度也會伴隨著改變，以此判斷周圍光強的變化。電路如圖3-7所示：。圖3-7 光照檢測電路系統(tǒng)軟件設計第四章 系統(tǒng)軟件設計4.1主程序設計 主程序包括系統(tǒng)初始化，點陣掃描控制，液晶顯示，以及“反顯”、“擦除”等功能下數據處理程序，流程圖如圖4-1所示。其中點陣掃描控制程序，微亮掃描控制由單片機口控制對以譯碼器的片選和地址輸入，使點陣按行列有規(guī)律地循環(huán)點亮，由圖3-3知點亮顯示的列控制信息譯碼地址與微亮連接在一起，控制點亮的工作過

14、程是通過判斷點陣顯示緩沖內容對應位的信息，控制其片選，當需要點亮時，控制片選有效，反之，控制片選無效，利用微亮掃描過程實現點亮控制。圖4-1 主程序框圖4.2 外中斷0服務程序（坐標檢測）外中斷0是作為光筆的檢測使用，由圖3-2知，光筆碰觸顯示屏過程中，遇到發(fā)光點輸出翻轉的跳變信號，送給單片機中斷，作為中斷的觸發(fā)信號，由于中斷程序優(yōu)先執(zhí)行，打斷微亮掃描過程，在中斷服務程序中根據此時的行列掃描的序號，就可判斷光點的坐標，進而為其他功能的實現提供依據，流程圖如圖4-2所示圖4-2 圖4-2 中斷程序框圖4.3.外中斷1服務程序（按鍵處理）外中斷1為按鍵操作處理程序，如圖4-3所示：圖4-3 外中斷

15、1服務程序框圖4.4lcm103驅動程序設計lcm103采用的是串行接口，所有數據都是在脈沖的作用下一位一位按順序寫入模塊內部，由時序圖知數據線上信息是在脈沖上升沿寫入。寫命令的數據格式是12位，單個寫數據的格式是13位，寫數據也可以連續(xù)寫，由于每個字位占用內部3個ram空間存放字段碼，因此寫數據采用連續(xù)寫方式比較好。在數據連續(xù)寫格式中，前面9位為模式位和模塊內部ram的起始地址，后面數據格式是每3位加1個0，取三個一組構成一個字位的信息，也是12位，這樣就可以將所有寫操作（命令和數據）分為寫9位信息和寫12位信息兩個功能程序。顯示字段的排列方式與led數碼管一致，每位字段編碼由8段構成（顯示

16、ram筆畫表），占用連續(xù)的3個地址空間，但在寫入格式中每個數據是4位，編寫字符的字段碼時要給每個數據后加0，09顯示字符的字段碼如表4-1所示。表4-1 09顯示字符的字段碼字符二進制十六進制d0 d1 d2 d3d0 d1 d2 d3d0 d1 d2 d301 0 0 00 1 1 01 1 1 086eh11 0 0 00 0 1 00 0 0 0820h21 0 0 01 1 0 01 0 1 08cah31 0 0 01 1 1 00 0 1 08e2h41 0 0 01 0 1 00 1 0 08a4h50 0 0 01 1 1 00 1 1 00e6h60 0 0 01 1 1 0

17、1 1 1 00eeh71 0 0 00 1 1 00 0 0 0860h81 0 0 01 1 1 01 1 1 08eeh91 0 0 01 1 1 00 1 1 08e6h地址低 高在寫數據送顯示之前，先按照初始化步驟進行初始化，然后寫數據，程序見附錄。第五章 系統(tǒng)測試與結果5.1 劃亮反顯擦除拖移的測試和結果 各模塊均調通，將調好的模塊連在一起，加上5v電壓源，啟動進行系統(tǒng)初始化。按鍵進入點亮模式，用光電筆在led點陣書寫顯示屏上接觸，可以看到接觸的點點亮，lcd上顯示亮點的精確坐標。用光筆快速的在書寫顯示屏上劃過，發(fā)現劃過的地方變亮，多次操作都能實現。再次按鍵，進入反顯模式，光筆劃過

18、，發(fā)現經過的地方沒有亮其他的部分高亮，反顯測試正常。再次按鍵進入擦除模式，用光筆在屏幕上劃過，顯示屏亮的地方變暗了。再按一次鍵可以看到整屏由亮變暗，實現了擦除這一功能。最后進入多字連寫模式和區(qū)域拖動模式用光筆在led點陣顯示屏上寫四個字，最后在屏上循環(huán)顯示。最后對寫的字用筆圈起來可以用筆移動。實現了對象拖移功能。經過反復的測試，所有的功能都能很好的實現，系統(tǒng)正常。5.2屏亮自動調節(jié)測試和結果 外部光環(huán)境人為地改變后，測試led點陣書寫顯示屏的亮度是否發(fā)生變化如果發(fā)生變化，則表明能夠自動調節(jié)，結果屏亮隨外部環(huán)境的變化而改變，系統(tǒng)正常。5.3 超時關顯示節(jié)電測試和結果加5v電壓啟動系統(tǒng)，對系統(tǒng)初始

19、化。設定待機關顯示的時間，在測試點接入萬用表，不進行任何操作到設定的時間，看顯示屏是否自動關閉。結果書寫顯示屏自動關閉，電路板測試點上的電流小于5ma。表明測試正常，完成系統(tǒng)要求?？偨Y及展望本作品完成了題目的基本要求和發(fā)揮部分的全部要求，系統(tǒng)性能良好。通過對作品的各項進行了優(yōu)化，使系統(tǒng)的性能有了提高。應用74hc154譯碼器設計3232點陣的行列驅動控制信號，掃描速度滿足設計要求。雖然這次設計滿足了課題的要求，但在很多方面都有許多的不足，還不能滿足正常的書寫需求，但在設計的過程中提高了自己學習思考的能力，讓自己能更好的去面對未來的工作。致謝通過這次畢業(yè)設計，綜合的應用并學習了自己的專業(yè)知識，得

20、到了許多平時很難道道的知識及經驗。在設計的過程中我得到了很多其他老師和同學的幫助，從人才完成了這次設計。在本論文的寫作過程中，我的導師徐江海老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴格把關，循循善誘，在此我表示衷心感謝。同時我還要感謝在我學習期間給我極大關心和支持的各位老師以及關心我的同學和朋友。參考文獻1周航慈，周立功，朱旻等philips 51lpc系列單片機原理及應用設計m北京：北京航空航天大學出版社，20012何立民單片機應用系統(tǒng)設計m北京：北京航空航天大學出版社，19993徐江海，單片機實用教程m，北京：機械工業(yè)出版社，20084張毅剛

21、，mcs-51單片機應用設計m，哈爾濱，哈爾濱工業(yè)大學出版社，1992附錄附錄1 總電原理圖（單片機系統(tǒng)與點陣驅動電路）附錄2 總電原理圖（3232點陣連接電路）附錄3 源程序#include reg52.h#includeintrins.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit cs103=p10; / 液晶sbit wr103=p11; / 液晶sbit da103=p12; / 液晶sbit csh=p26;/sbit p14=p14;sbit p15=p15;sbit p16=p16;sbit p17=p17;u

22、int idata zb322=0; /點亮存儲單元uint xdata zb1322=0; /第一個字存儲uint xdata zb2322=0; /第二個字存儲uint xdata zb3322=0; / 第三個字存儲uint xdata zb4322=0; / 第四個字存儲uchar xsdy0=2; / 顯示緩沖,低位uchar xsdy1=1;uchar xsdy2=11;uchar xsdy3=3;uchar xsdy4=10;uchar xsdy5=5;uchar xsdy6=6;uchar xsdy7=11;uchar xsdy8=8;uchar xsdy9=9; / 顯示緩沖

23、,高位uchar hsmcs=0; /行掃描控制uchar lsmcs=0; /列掃描控制uchar p0hc; /p0緩沖uchar p2hc; /p2緩沖bit bxzb=0; /bit bhzl=0;bit blzl=0; /bit f_x_flag; /反顯狀態(tài)標志bit zp_cc_flag; /整屏擦除狀態(tài)標志bit bh_cc_flag; /筆畫擦除標志bit lz_dx_flag; /連字多寫標志bit shijiang_flag; /時間設置標志bit xz_bc_flag; /寫字保存標志bit hx_flag; /喚醒標志bit xm_flag; /休眠bit yjxs_

24、flag;uchar js_5ms;uchar js_s;uchar js_fen;uchar js_fen_set=5;uchar clzl=0;uint dlzbw; /點亮坐標位uint dlzbw1; /點亮坐標位 緩沖uchar z_t=0; /顯示方式狀態(tài)uchar xzgs;/寫字個數uchar xs_s;/字符顯示時間uchar xs_weishu;sfr auxr = 0x8e; /擴展ram的sfruint code lcd= /字段編碼0x86e0,0x8200,0x8ca0,0x8e20,0x8a40,0x0e60,0x0ee0,0x8600,0x8ee0,0x8e60

25、,0x0000,0x0800;/ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 空 -void delay(uint x) /12mhz晶振延時xms的子函數 uint y=0; while(x0) while(y1000) y+; x-; void del() /延時函數 uchar j; for(j=0;j10;j+);void write12(int data1) /液晶寫12位數據 uchar i; for(i=0;i12;i+) wr103=0; /wr=0 if(data1&0x8000)!=0)/最高位為1 da103=1; /輸出1 else /最高位為0 da103=0; /輸出0

26、 del(); wr103=1; /上升沿del(); data1=1; /數據整體左移1位 void write9(int data1) /液晶寫9位數據 uchar i; for(i=0;i9;i+) wr103=0; /wr=0 if(data1&0x8000)!=0)/最高位為1 da103=1; /輸出1 else /最高位為0 da103=0; /輸出0 del(); wr103=1; /上升沿 del(); data1=1; /數據整體左移1位 void yjcsh() /液晶初始化 uint k; for(k=0;k2000;k+); cs103=0; /cs=0 del();

27、write12(0x8480); /定義模塊 del(); cs103=1; /cs=1 del(); cs103=0; /cs=0 del(); write12(0x8300); /定義內部振蕩方式 del(); cs103=1; /cs=1 del(); cs103=0; /cs=0 del(); write12(0x8020); /開振蕩器 del(); cs103=1; /cs=1del();cs103=0; /cs=0 del(); write12(0x8060); /開顯示器 del();cs103=1; /cs=1void yjxs() /液晶顯示 cs103=0; /cs=0

28、del(); write9(0xa000); /連續(xù)寫，從地址00000開始 write12(lcdjs_s%10); write12(lcdjs_s/10); write12(lcdxsdy2); write12(lcdjs_fen); write12(lcdxsdy4); write12(lcdxsdy5); write12(lcdxsdy6); write12(lcdxsdy7); write12(lcdxsdy8); write12(lcdxsdy9); del(); cs103=1; /cs=1,寫結束void del1() /掃描延時函數 uchar j; for(j=0;j30;

29、j+);void lsm() /列掃描函數 ucharj; dlzbw=0x0001; lsmcs=0; / 列次數初值 p0hc=p0hc&0xf0;/p0緩沖低4位清0p0hc=p0hc|lsmcs;/p0緩沖添列信息p0=p0hc; /微亮輸出列 for(j=0;j16;j+) /zbhsmcs /點亮信息 if(bhzl) dlzbw1=zbhsmcs+16clzl&dlzbw; else dlzbw1=zbhsmcsclzl&dlzbw; if (dlzbw1=0) /不亮 p0hc=p0hc|0xc0; else /點亮 if(bhzl) /高 p0hc=p0hc|0x40; p0

30、hc=p0hc&0x7f; else /低 p0hc=p0hc|0x80; p0hc=p0hc&0xbf; p0hc=p0hc&0xf0;/p0緩沖低4位清0p0hc=p0hc|lsmcs;/p0緩沖添列信息p0=p0hc; /微亮輸出列del1(); /亮延時 lsmcs+; dlzbw = _irol_(dlzbw,1); /左移1位 lsmcs=15; p0hc=p0hc&0xf0;/p0緩沖低4位清0p0hc=p0hc|lsmcs;/p0緩沖添列信息p0=p0hc; /微亮輸出列void dzsm() uchark; p0hc=p0hc|0x20;/ / 微亮片選低位 p0hc=p0hc&0xef;/ / 微亮片選低位 p0=p0hc; bhzl=0; /行小于16 hsmcs=0; /行次數初值 for(k=0;k16;k+) /行循環(huán)16次 015行 blzl=0; /列小于16 clzl=0; p2hc=p2hc&0x