LED點陣書寫顯示屏設(shè)計方案

I 陣書寫顯示屏 設(shè)計方案第一章 設(shè)計任務(wù)及要求 務(wù) 設(shè)計并制作一個基于 32陣 塊的書寫顯示屏，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。在控制器的管理下， 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 陣模塊表面時，先由光筆檢測觸及位置處 的掃描微亮以獲取其行列坐標，再依據(jù)功能需求決定該坐標處的 否 點亮至人眼可見的顯示狀態(tài) (如下圖中光筆接觸處的深色 已被點亮 )，從而在屏上實現(xiàn)“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。 圖 陣書寫顯示屏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 求 (1)在“點亮”功能下，當光筆接觸屏上某點 ，能即時點亮該點 在控制器上同步顯示該點 行列坐標值 (左上角定為行列坐標原點 )。 (2)在“劃亮”功能下，當光筆在屏上快速劃過時，能同步點亮劃過的各點 速度要求 2s 內(nèi)能劃過并點亮 40 點 (3)在“反顯”功能下，能對屏上顯示的信息實現(xiàn)反相顯示 (即：字體筆畫處不亮，無筆畫處高亮 )。 (4)在“整屏擦除”功能下，能實現(xiàn)對屏上所顯示信息 的整屏擦除。 控制器 32 點陣模塊 光筆 2 第二章 系統(tǒng) 整 體框架 系統(tǒng)整體框架圖如圖一所示， 分為控制模塊、顯示模塊、光筆模塊、 陣模塊和輔助模塊 (包括鍵盤、數(shù)據(jù)存儲等 )。 圖 統(tǒng)整體框架圖 電源模塊 輔助模塊 陣模塊 光筆模塊 顯示模塊 控制模塊 3 第三章 方案論證與比較 制模塊 在數(shù)字信號處理中，常用的控制器有 嵌入式 51 單片機。 以直接用硬件掃描、編碼、解碼、糾錯，速度快、穩(wěn)定性高，但其價格昂貴，很多的功能在本設(shè)計難以使用到。 有較快的數(shù)據(jù)處 理速度，能實時地、快速地監(jiān)測信號量的變化 ，但其 受采樣頻率的限制，處理頻率范圍有限 。 一種低功耗、高性能 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 儲器。使用 司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80品指令和引腳完全兼容。片上 許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 在系統(tǒng)可編程 得 眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 ,具有 硬件的設(shè)計十分簡單，軟件開發(fā)周期短等特 點。 考慮到價格、功耗及系統(tǒng)的要求， 最終 選用 片機 為控制系統(tǒng) 。 筆 模塊 光筆設(shè)計的關(guān)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(yīng)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(zhuǎn)換為電能的一種傳感器件 ， 它是構(gòu)成光電式傳感器的主要部件。光 敏電阻 結(jié)構(gòu)簡單、使用方便 、價格便宜，但其響應(yīng)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，具有較好的可靠性，功耗低 ， 且同樣價格低廉，使用方便。 比較兩種 器件，系統(tǒng)設(shè)計中選用光敏二極管制作光筆模塊。 陣模塊 陣的顯示方式有以下幾種： 1)在 陣上貼上一層觸摸屏，形成壓膜式 陣。把觸摸屏的信息通過微處理器處理來控制 陣顯示。這種顯示方式準確，反應(yīng)速度快，光筆制作 簡單 ，但造價高。 2)用普通的 陣，在 陣的邊上加上紅外線傳感接收器，構(gòu)成 32 32 4 的紅外線網(wǎng)，同樣光筆制作 簡單 ，但硬件復(fù)雜，造價也比較高。 3)用普通的 陣，通過自制的光筆傳 遞信息送入 89片機 ，由 程確定 陣 坐標。 雖然編程復(fù)雜，但 硬件簡單， 而 且造價最低。 綜合各方面的因素， 選擇了第三個方案。 5 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 統(tǒng)的總體設(shè)計 本設(shè)計以 碼管顯示、光筆檢測及 統(tǒng)框圖如圖 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 筆的選取與參數(shù)設(shè)計 系統(tǒng)要求 2 秒內(nèi)能點亮 40 點 個燈的定位時間為 50共有 1024 盞燈， 1，每查尋一次的時間為 5通的光敏二極管反應(yīng)時間在 30 s 左右，完全可以滿足設(shè)計要求。電路見圖 陣屏驅(qū)動參數(shù)設(shè)計 本系統(tǒng)采用共陽極型低態(tài)掃描高態(tài)顯示信號驅(qū)動電路和 74存器。系統(tǒng)的鎖存器低態(tài)輸出，其 4以驅(qū)動一個 們把 32 32陣，等分為四個 16 16 的 陣來驅(qū)動，設(shè)定驅(qū)動每列 電流為 15流過驅(qū)動三極管的總電流為 2408550 三極管最大的工作電流可達 500此選擇 8550 三極管驅(qū)動。電路圖見 圖 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 顯示點陣6 74存器組成的驅(qū)動電路 7 5v+35v+35v+35v+35v+35v+35v+355v+35v+35v+35v+35v+35v+35v+35動原理圖 源電路 圖 源部分 1 2 H 0010 11 +5V 1k 波電路 電源輸入 2 3 1 4 5 6 7 8 9 1 2 3 +5V 8 電源部分采用采用體積小，效率高的開關(guān)電源，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 5V 直流電壓。其電路圖如圖 示。 單片機人機界面電路圖 盤電路 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 行正常程 序，只在有鍵操作時才處理鍵盤程序。其 電路如圖 示： 盤輸入 示電路 為了滿足系統(tǒng)在工作時能準確顯示光筆對應(yīng)亮點所處的行列坐標值，本設(shè)計中采用型號為 0位多功能通用型 8段式液晶顯示模塊，內(nèi)含看門狗時鐘發(fā)生器 2種頻率的蜂鳴驅(qū)動電路內(nèi)置顯示顯示任意字段筆畫劃 3電路圖如圖 9 0_21_22_23_2 _示+5示電路 10 第五章 程序設(shè)計 統(tǒng) 程序流程圖 本設(shè)計中，要實現(xiàn)的功能基本都要通過單片機程序來實現(xiàn)。 由于采用的是普通的光敏二極管，在一定程度上限制了反應(yīng)速度，因此編程采用了多路信號同時輸入和數(shù)學(xué)中的二分法思想編程，提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率。 系統(tǒng)的 程序流程圖 如圖 示 ： 圖 系統(tǒng)的 程序流程圖 序源碼 /x 軸顯示 #始 硬件初始化 等 待按鍵進入 是否觸屏 掃描 否有光信號返回 坐標點亮 反 顯 整屏擦除 11 /時時間設(shè)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 / ; /鍵盤讀入 / 13 ; /數(shù)據(jù)輸出處理 / ; /定時處理 / ui, /數(shù)碼顯示 / uc, /按鍵譯碼 / ; /描 / /掃描 Y 軸 / uc, /二個單字節(jié) ; /屏幕輸出 ; /坐標處理 / ; ; ; /*/ /主程序 / /*/ 2=11; ; /初始化工作 / ) if(1) ; ; /鍵盤讀入 / if(0) ; /數(shù)據(jù)輸出處理 / if(0) ; /描 if(2) if(0) 14 ; /坐標處理 / ; 9; /防止多次進入 if(1) ; ; if(1) ; ; /屏幕輸出 /*/ /主程序 _ /*/ /*/ /初始化工作 / /*/ uc c; /定時器設(shè)置 (5 點 ) !T C/!T | A=1; ; 15 ; /處理 (0,0); /* 1; 50); ; ; ; ; 50); ; 6; 6; ; 50); ; 6; 6; 50); ; 6; 6; 50); ; 0; 0; 50); ; */ 16 /*/*/ /初始化工作 _ /*/ /*/ /鍵盤讀入 / /*/ n=0; /0 一直無按鍵 1 上次進入按鍵 2 一直有按鍵 3 上次退出按鍵 a,b; a=b=(a*0b,1); if(a=0b=0; /無按鍵 ; /有按鍵 / 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) /按鍵譯碼 / /555,0); b) ; ; ; 18 ; ; /*/ /鍵盤讀入 _ /*/ /*/ /輸出處理 / /*/ uc c,n; t; / ); : /反選 c=0;c128;c+) t=c; t=t; c=t; : /整屏清除 c=0;c128;c+) c=0 19 : ; 0,0); : ; ,0); ; /*/ /輸出處理 _ /*/ /*/ /數(shù)碼顯示 / /*/ ui uc a; if(0) a=0; /個位 a; a=0%10; /十位 a; a=00%10; /百位 a; a=000; /千位 a; 20 a= /個位 a; a= /十位 a; a=; a; a= /千位 a; /二個單字節(jié) 100 uc c,uc b) uc a; a=b%10; a; a=b/10; a; a=c%10; a; a=c/10; a; 21 /*/ /數(shù)碼顯示 _ /*/ /*/ /描 / /*/ uc i; ; /掃描 0 ; 0; 2; 4; ; /關(guān)閉 373 / ); ; 1; 3; 5; ; /關(guān)閉 373 i=0;i16;i+) i4; ; /開掃描 if(0) /有光返回 i; i=i4; i); /掃描 Y 軸 ; /關(guān)掃描 22 ; /關(guān)掃描 /掃描 16 ; 0; 2; 4; ; /關(guān)閉 373 ; ; 1; 3; 5; ; /關(guān)閉 373 i=0;i16;i+) i4; ; /開掃描 if(0) i+16; i=i4; i); /掃描 Y 軸 ; /關(guān)掃描 ; /關(guān)掃描 2; 2; /掃描 Y 軸 uc uc i; 23 ; /第一排 373 ; ; ; /關(guān)閉 373 0; 1; 2; 3; 4; 5; ; /關(guān)閉 373 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i=0;i8;i+) 1i; /第一排 373 ; ; ; /關(guān)閉 373 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i; ; /關(guān)掃描 ; /關(guān)掃描 ; /第二排 373 0; 24 1; ; /關(guān)閉 373 ; ; 2; 3; 4; 5; ; /關(guān)閉 373 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i=0;i8;i+) 1i; 0; 1; ; /關(guān)閉 373 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i+8); ; /關(guān)掃描 ; /關(guān)掃描 ; /第三排 373 2; 3; ; /關(guān)閉 373 25 ; ; 0; 1; 4; 5; ; /關(guān)閉 373 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i=0;i8;i+) 1i; 2; 3; ; /關(guān)閉 373 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i+16); ; /關(guān)掃描 ; /第四排 373 4; 5; ; /關(guān)閉 373 ; ; 0; 26 1; 2; 3; ; /關(guān)閉 373 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i=0;i8;i+) 1i; 4; 5; ; /關(guān)閉 373 ; /關(guān)掃描 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i+24); ; /關(guān)掃描 ; /關(guān)掃描 4; /*/ /描 _ /*/ /*/ /坐標處理 / /*/ 27 uc xt,yt,a; ; /關(guān) 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 : ; : ; ; ; /*/ /坐標處理 _ /*/ /*/ /屏幕輸出 / /*/ uc a=0; uc c,t; ; c=0;c8;c+) /8 次 t=c4; c+8; /選址 a+t; 4; ; 29 if(a+=15) a=0; /*/ /屏幕輸出 _ /*/ 30 第六章 測試方案與測試結(jié)果 基本功能測試：對系統(tǒng)的基本功能進行測試，主要測試了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及基本功能的完成情況，具體的測試結(jié)果見表一和表二，從測試 結(jié)果來看，該系統(tǒng)完全 實現(xiàn) 了設(shè)計要求的“點亮 、劃亮、反顯、整屏擦除 ” 等基本功能，并在“劃亮”功能上進行了創(chuàng)新，實現(xiàn)了比設(shè)計要求更快的速度。 表一 ：基本功能測試 功能項目 設(shè)計 要求 測試結(jié)果 點亮 能點亮 能點亮 劃亮 2s 內(nèi)點亮 40 點 s 內(nèi)點亮 50 點 顯 能反顯 能反顯 整屏 擦除 能 整屏 擦除 能整屏擦除 表二 : 各功能的實際完成情況 基本要求 實際完成情況 “ 點亮 ” 完成 “ 劃亮 ” 完成 “ 反顯 ” 完成 “ 整屏擦除 ” 完成 31 第七章 總結(jié) 本系 統(tǒng) 在 設(shè)計 方案時主要考慮 了 以下幾個因素：功能 齊全 、 操作簡單和 成本 低廉 。用 片機控制實現(xiàn) 陣 顯示 的多種功能，完成了 設(shè)計