基于單片機的LED點陣書寫顯示屏設計路徑研究

黃小容

（廣東海洋大學寸金學院，湛江　524094）

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基于單片機的LED點陣書寫顯示屏設計路徑研究

黃小容

（廣東海洋大學寸金學院，湛江524094）

摘要：系統(tǒng)利用LED顯示屏本身具有點陣光源，結合光電傳感技術，采用單片機為核心，結合光筆和點陣顯示屏，設計一個32×32 LED點陣模塊的書寫顯示屏。

關鍵詞：LED點陣；顯示屏；單片機；光筆

0　引言

LED顯示屏的制造不僅涉及光學，而且還利用了人眼生理特性，不同顏色的光線給人的感受也不同，人眼能分辨不同顏色是因為視網(wǎng)膜中有3種不同的視錐細胞[1]。LED點陣顯示屏是隨著計算機及相關的微電子、光電子技術的迅猛發(fā)展而形成的一種新型信息顯示媒體。LED顯示屏已成為信息傳播的重要手段之一，以及現(xiàn)代信息化社會的一個閃亮標志[2]。系統(tǒng)設計一套書寫式32×32 LED點陣顯示屏，通過手寫輕松、簡捷地輸入顯示內容。

1　系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)以STC90C58AD單片機為微控制器，結合74LS377和TIP127設計行、列掃描驅動邏輯電路。32× 32點陣LED組成顯示模塊，編寫程序控制所有LED點工作，用光敏二極管和LM358比較器組成新型光筆。光筆作為接收器，通過光筆檢測筆尖下方LED的掃描微亮光線使控制器進入中斷并記錄當前掃描點的行列坐標編號。然后經(jīng)過三極管放大，再經(jīng)過反向電阻，輸入到單片機，實現(xiàn)顯示屏從微亮到人眼可看見的亮度、點亮、劃亮、反顯、整屏擦除、連寫多字、移動等書寫顯示功能[3]。

2　硬件電路設計

LED點陣顯示屏系統(tǒng)主要由微控制器主控單元、光筆模塊和點陣顯示模塊組成，系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

控制模塊中采用單片機STC90C58AD最小系統(tǒng)。該最小系統(tǒng)可以進行在線下載、仿真和調試,在實際生活中比較常見。

光筆模塊利用光敏電阻的光電特性，實現(xiàn)微亮檢測功能[4]。光筆反饋信號經(jīng)放大器LM358比較后，送給單片機處理。然后通過顯示屏微亮掃描尋找坐標值，確定點亮LED。

圖1　系統(tǒng)組成框圖

3　 32×32點陣顯示屏設計

LED點陣顯示屏采用的是16塊8×8的LED點陣顯示屏組成32×32的LED點陣顯示屏。點陣顯示屏由16個8×8點陣單元LED顯示模塊組成，其行列信號控制均由鎖存器74LS377進行并行傳輸。這是LED顯示屏動態(tài)掃描驅動。8×8共陽單色LED顯示模塊的掃描控制電路。電路采用74LS377為帶使能的8D鎖存器，產(chǎn)生掃描所需的行選信號，即在所選中行的LED的陽極都加以高電平，但是在電路設計中，在74LS377和LED模塊之間還要加上型號為TIP127三極管，以產(chǎn)生足以驅動LED發(fā)光管的電流。74LS377為8位串行轉并行器件，它輸出每列發(fā)光管的數(shù)據(jù)信號。74LS377可以看作是一個移位寄存器和一個鎖存器，當輸入一個移位脈沖SH，串口從輸入端移入數(shù)據(jù)，輸出端移出一位數(shù)據(jù)，而當輸入一個鎖存脈沖ST時，器件內的8位數(shù)據(jù)就被鎖存到并行輸出Q0-Q7上。

3.1點陣驅動電路設計

系統(tǒng)中的LED器件的驅動為掃描驅動。掃描驅動設計采用數(shù)字電路，輪流導通LED器件，達到節(jié)省驅動電路的控制[5]。

3.2顯示屏驅動設計

一般來說，點陣顯示屏控制驅動一般有三種方式，分別為高度集成專用芯片的應用、串行控制驅動方式和并行控制驅動方式。

并行控制驅動方式就是顯示數(shù)據(jù)的是通過并行（32位）方式送入點（列）驅動電路。在并行控制驅動方式下，選用帶有使能端的8D鎖存器74LS377與TIP127，采用首位相連的方式將控制、驅動一并形成。該設計對控制信號的級聯(lián)驅動。

3.3行和列控制驅動設計

LED顯示屏顯示方式根據(jù)驅動方式的不同可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示兩種。靜態(tài)顯示指畫面的更新必須要有新的數(shù)據(jù)輸入；動態(tài)掃描顯示指實時對畫面進行更新[6]。本文采用動態(tài)掃描方式。

3.4屏亮自動調節(jié)設計

屏亮自動調節(jié)設計采用光敏電阻和LM317（三端可調正電壓穩(wěn)壓器）實現(xiàn)屏亮自動調節(jié)。而光敏電阻的阻值在不同光線照射下也不一樣。根據(jù)此原理，光敏電阻與LM317可調電阻并聯(lián)時，可以輸出不一樣的阻值[4]，用來調節(jié)亮度。

4　軟件設計

在32×32LED點陣顯示屏上實現(xiàn)點亮、劃亮、反顯、整屏擦除、連寫多字、對象移動等功能，點陣顯示主程序流程圖如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)流程圖

光筆接近LED顯示屏某點時，光電檢測原件捕捉到掃描到此時的光信號，程序進入外中斷子程序。由程序判斷不同的功能狀態(tài)，實現(xiàn)不同的功能。每一種功能為獨立的模塊，可由功能選擇按鍵進行切換。

例如當功能按鍵選擇連寫多字模式時，在點陣顯示屏上書寫“中國”兩字，連寫完成后“中國”效果圖如圖5（a）所示；當按鍵選擇反顯功能時，對象“中國”二字的反顯如圖3（b）所示。

5　結語

系統(tǒng)利用STC90C58AD、74LS377和TIP127對LED進行點亮，通過光筆進行書寫定位，實現(xiàn)顯示屏從微亮到人眼可看見的亮度、點亮、劃亮、反顯、整屏擦除、連寫多字、移動等書寫顯示功能。設計原理科學，構思巧妙，具有較強的可擴展性和應用性。

圖3　顯示功能圖

參考文獻：

[1]尤潔.基于FPGA控制的地面顯示步態(tài)校正系統(tǒng)設計[D].大連理工大學碩士論文，2007

[2]卜登立.多路模擬開關CD4067在LED點陣顯示屏中的應用[J].微電子學與計算機, 2006,23（8）:53-54

[3]田相鵬，李偉，余敏.基于單片機和CPLD的LED點陣書寫顯示屏設計[J].工業(yè)控制計算機，2011,24（10）:89-90

[4]黃舒.基于PIC單片機的LED點陣手寫屏設計[J].世界電子元器件，2010:67-69

[5]董永英.基于SOPC的LED顯示屏控制系統(tǒng)[J].中國科技信息,2009，（18）

[6]萬冬.大型LED顯示屏系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].天津大學碩士論文,2007

黃小容（1989-），女，廣西玉林人，研究生碩士

Design Path of LED Dot Matrix Writing Display Screen Based on Single Chip Microcomputer

HUANG Xiao-rong
（Guangdong Ocean University Cunjin College, Zhanjiang 524094）

Abstract：LED display has a lattice light source, combined with photoelectric sensing technology that is used in system, which is used single chip as the core, combined with the light pen and dot matrix display, design writing display a 32×32 LED dot matrix module.

Keywords：LED Dot Matrix; Display; Single Chip; Light Pen

收稿日期：2015-12-24修稿日期：2016-03-03

作者簡介：

文章編號：1007-1423（2016）09-0080-03

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.09.020