畢業(yè)設(shè)計論文--LED顯示屏

1、河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計論文led顯示屏第1章 緒 論1.1 課題的背景與意義隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種硬件設(shè)備也是日新月異、層出不窮。在輸入設(shè)備中，為了應(yīng)對手寫文字輸入與繪畫輸入的需求，出現(xiàn)了各種手寫繪畫輸入設(shè)備，包括寫字板、繪圖板等。隨著電腦的普及和網(wǎng)絡(luò)的流行，人們對網(wǎng)上信息訪問量迅速上升，但用鍵盤快速打字，對還不熟悉電腦的人們來說真是件費力又費心的事。寫字板可以免去學(xué)習(xí)打字的煩惱，目前的寫字板在智能識別技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)先進(jìn)，就算字跡潦草些，也不用擔(dān)心電腦無法識別。寫字板大到商業(yè)廣告牌，小到個人使用的電腦用寫字板之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點分不開的。這些優(yōu)點概括

2、起來是：手寫，可以發(fā)揮創(chuàng)造性，目前許多人為了更好的體現(xiàn)自身的風(fēng)格，多運用手寫這種新的方式，手寫形式多樣化，隨意中體現(xiàn)出別致，刻意營造不同的特點。可擦拭：針對目前大多廣告招牌是一次性的，寫字板具有可反復(fù)多次使用功能，適用于各種需要經(jīng)常更換內(nèi)容。發(fā)光效果：顏色絢麗，傳統(tǒng)白板或黑板的廣告到夜間即使打上燈光效果也很一般。和寫字板類似的是繪圖板，繪圖板可以讓你找回拿著筆在紙上畫畫的感覺，不僅如此，它還能做很多意想不到的事情。它可以模擬各種各樣的畫家的畫筆，例如模擬最常見的毛筆，當(dāng)我們用力的時候毛筆能畫很粗的線條，當(dāng)我們用力很輕的時候，它可以畫出很細(xì)很淡的線條，它可以模擬噴槍，當(dāng)你用力一些的時候它能噴出更

3、多的墨和更大的范圍，而且還能根據(jù)你的筆傾斜的角度，噴出扇形等等的效果.除了模擬傳統(tǒng)的各種畫筆效果外，它還可以利用電腦的優(yōu)勢，作出使用傳統(tǒng)工具無法實現(xiàn)的效果，例如根據(jù)壓力大小進(jìn)行圖案的貼圖繪畫，你只需要輕輕幾筆就能很容易繪出一片開滿大小形狀各異的鮮花的芳草地.1.2 寫字板的特點和應(yīng)用寫字板一般是使用一只專門的筆，或者手指在特定的區(qū)域內(nèi)書寫文字。寫字板通過各種方法將筆或者手指走過的軌跡記錄下來，然后識別為文字。對于不喜歡使用鍵盤或者不習(xí)慣使用中文輸入法的人來說是非常有用的，因為它不需要學(xué)習(xí)輸入法。寫字板還可以用于精確制圖，例如可用于電路設(shè)計、cad設(shè)計、圖形設(shè)計、自由繪畫以及文本和數(shù)據(jù)的輸入等。

4、寫字板一般分為電阻壓力式、電磁壓感式、電容觸控式。電阻壓力式：阻式寫字板是由一層可變形的電阻薄膜和一層固定的電阻薄膜構(gòu)成，中間由空氣相隔離。其工作原理是: 當(dāng)用筆或手指接觸寫字板時，上層電阻受壓變形并與下層電阻接觸，下層電阻薄膜就能感應(yīng)出筆或手指的位置。 優(yōu)點：原理簡單、工藝不復(fù)雜、成本較低、價格也比較便宜。 缺點：（1）由于通過感應(yīng)材料的變形判斷位置，感應(yīng)材料易疲勞，使用壽命較短。（2）感觸不是很靈敏，使用時壓力不夠則沒有感應(yīng)，壓力太大時又易損傷感應(yīng)板。電磁壓感式：電磁式寫字板是通過在寫字板下方的布線電路通電后，在一定空間范圍內(nèi)形成電磁場，來感應(yīng)帶有線圈的筆尖的位置進(jìn)行工作。這種技術(shù)目前被廣

5、泛使用，主要是由其良好的性能決定的。使用者可以用它進(jìn)行流暢的書寫，手感也很好，繪圖很有用。 電磁式感應(yīng)板也有缺點：（1）對電壓要求高，如果使用電壓達(dá)不到要求，就會出現(xiàn)工作不穩(wěn)定或不能使用的情況。（2）抗電磁干擾較差，易與其他電磁設(shè)備發(fā)生干擾。（3）手寫筆筆尖是活動部件，使用壽命短（一般為一年左右）。（4）必須用手寫筆才能工作，不能用手指直接操作。電容觸控式：電容式寫字板的工作原理是通過人體的電容來感知手指的位置，即當(dāng)使用者的手指接觸到觸控板的瞬間，就在板的表面產(chǎn)生了一個電容。在觸控板表面附著有一種傳感矩陣，這種傳感矩陣與一塊特殊芯片一起，持續(xù)不斷地跟蹤著使用者手指電容的“軌跡”，經(jīng)過內(nèi)部一系列

6、的處理，從而能夠每時每刻精確定位手指的位置（x、y坐標(biāo)），同時測量由于手指與板間距離（壓力大?。┬纬傻碾娙葜档淖兓_定z坐標(biāo)，最終完成x、y、z坐標(biāo)值的確定。因為電容式觸控板所用的手寫筆無需電源供給，特別適合于便攜式產(chǎn)品。這種觸控板是在圖形板方式（graphic table mode）下工作的，其x、y坐標(biāo)的精度可高達(dá)每毫米40點（即每英寸1000點）。談到寫字板就不能不說說led顯示屏。1.3 led顯示屏的特點和應(yīng)用1970年代最早的gap、gaasp同質(zhì)結(jié)紅、黃、綠色低發(fā)光效率的led已開始應(yīng)用于指示燈、數(shù)字和文字顯示。從此led開始進(jìn)入多種應(yīng)用領(lǐng)域，包括宇航、飛機(jī)、汽車、工業(yè)應(yīng)用、通

7、信、消費類產(chǎn)品等，遍及國民經(jīng)濟(jì)各部門和千家萬戶。到1996年led在全世界的銷售額已達(dá)到幾十億美元。盡管多年以來led一直受到顏色和發(fā)光效率的限制，但由于gap和gaasp led具有長壽命、高可靠性,工作電流小、可與ttl、cmos數(shù)字電路兼容等許多優(yōu)點因而卻一直受到使用者的青瞇。 最近十年，高亮度化、全色化一直是led材料和器件工藝技術(shù)研究的前沿課題。超高亮度(uhb)是指發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到或超過100mcd的led，又稱坎德拉(cd)級led。高亮度a1gainp和ingan led的研制進(jìn)展十分迅速，現(xiàn)已達(dá)到常規(guī)材料gaa1as、gaasp、gap不可能達(dá)到的性能水平。我國發(fā)展led起步于七

8、十年代，產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)于八十年代。全國約有100多家企業(yè)，95%的廠家都從事后道封裝生產(chǎn)，所需管芯幾乎全部從國外進(jìn)口。通過幾個“五年計劃”的技術(shù)改造、技術(shù)攻關(guān)、引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備和部分關(guān)鍵技術(shù)， 使我國led的生產(chǎn)技術(shù)已向前跨進(jìn)了一步。led顯示屏分為數(shù)碼顯示屏、圖文顯示屏和視頻顯示屏，均由led矩陣塊組成。led數(shù)碼顯示屏的顯示器件為7段碼數(shù)碼管，適于制作時鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。 圖文顯示屏可與計算機(jī)同步顯示漢字、英文文本和圖形；視頻顯示屏采用微型計算機(jī)進(jìn)行控制，圖文、圖像并茂，以實時、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維、三維動畫、錄像、電視、vcd節(jié)目以及現(xiàn)場實況。

9、led顯示屏顯示畫面色彩鮮艷，立體感強(qiáng)，靜如油畫，動如電影，廣泛應(yīng)用于金融、稅務(wù)、工商、郵電、體育、廣告、廠礦企業(yè)、交通運輸、教育系統(tǒng)、車站、碼頭、機(jī)場、商場、醫(yī)院、賓館、銀行、證券市場、建筑市場、拍賣行、工業(yè)企業(yè)管理和其它公共場所。led交通信號燈與白熾燈相比，工作壽命較長，一般可達(dá)到10年，考慮到戶外惡劣環(huán)境的影響，預(yù)計壽命要減少到56年。led之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點分不開的。這些優(yōu)點概括起來是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。a、亮度高：戶外led顯示屏的亮度大于8000mcd/m2，是目前唯一能夠在戶外全天候使用的大型顯示

10、終端；戶內(nèi)led顯示屏的亮度大于2000md/m2。b、壽命長：led壽命長達(dá)100,000小時（十年）以上，該參數(shù)一般都指設(shè)計壽命，亮度暗了也算；c、視角大：室內(nèi)視角可大于160度，戶外視角可大于120度。視角的大小取決于led發(fā)光二極管的形狀。d、屏幕面積可大可小，小至不到一平米，大則可達(dá)幾百、上千平米；e、易與計算機(jī)接口，支持軟件豐富。led的發(fā)展前景極為廣闊， led顯示屏采用了低電壓掃描驅(qū)動，具有耗電省、使用壽命長、成本低、亮度高、視角大、可視距離遠(yuǎn)、防水、規(guī)格品種多等優(yōu)點，可以滿足各種不同應(yīng)用場景的需求，發(fā)展前景非常廣闊，被公認(rèn)為最具增長潛力也是發(fā)展最快的的led應(yīng)用市場。目前正朝

11、著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)展。1.4 寫字板的現(xiàn)狀和發(fā)展隨著科技的進(jìn)步，寫字板已經(jīng)發(fā)展得非常完善，和鍵盤鼠標(biāo)一起成為了人們的主要輸入設(shè)備之一，而寫字板的使用者，除了一些不熟悉鍵盤的老年人、專業(yè)的數(shù)碼工作者外，還有很多年輕的潮流一族。中國寫字板產(chǎn)業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問題中，許多情況不容樂觀，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動力密集型產(chǎn)品；技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達(dá)工業(yè)國家；生產(chǎn)要素決定性作用正在削弱；產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴(yán)重、對自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。 從什么角度分析中國寫字板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r

12、？以什么方式評價中國寫字板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展程度？中國寫字板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展定位和前景是什么？中國寫字板產(chǎn)業(yè)發(fā)展與當(dāng)前經(jīng)濟(jì)熱點問題關(guān)聯(lián)度如何諸如此類，都是寫字板產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須面對和解決的問題中國寫字板產(chǎn)業(yè)發(fā)展已到了岔口；中國寫字板產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)急需選擇發(fā)展方向。縱觀以上信息，依據(jù)當(dāng)前l(fā)ed的顯示優(yōu)勢和寫字板的流行，在本設(shè)計中采用了led點陣顯示屏和光敏三極管感應(yīng)光筆，來設(shè)計一個模擬的寫字板。1.5 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)一、任務(wù)設(shè)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(jié)構(gòu)如圖1所示。在控制器的管理下，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(dāng)光筆觸及l(fā)ed點陣模塊表

13、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(biāo)，再依據(jù)功能需求決定該坐標(biāo)處的led是否點亮至人眼可見的顯示狀態(tài)（如圖1中光筆接觸處的深色led點已被點亮），從而在屏上實現(xiàn)“點亮、劃亮、反顯、整屏擦除、筆畫擦除、對象拖移”等書寫顯示功能?？刂破?232 led 點陣模塊 光筆 圖1 led點陣書寫顯示屏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖二、要求（1）在“點亮”功能下，當(dāng)光筆接觸屏上某點led時，能即時點亮該點led，并在控制器上同步顯示該點led的行列坐標(biāo)值（左上角定為行列坐標(biāo)原點）。（2）在“劃亮”功能下，當(dāng)光筆在屏上快速劃過時，能同步點亮劃過的各點led。（3）在“反顯”功能下，能對屏上顯示的信

14、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。（5）在“筆畫擦除”功能下，能用光筆擦除屏上所顯漢字的筆畫。（6）在“對象拖移”功能下，能用光筆將選定顯示內(nèi)容在屏上進(jìn)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。（7）當(dāng)光筆連續(xù)未接觸屏面的時間超過15min時(此時間可由控制器設(shè)定)，能自動關(guān)閉屏上顯示，并使整個系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。第2章 方案的選擇與實現(xiàn) 2.1方案選擇系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置應(yīng)遵循以下原則： 1.盡可能選擇典型電路，并符合寫字板常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的

15、基礎(chǔ)。 2.系統(tǒng)擴(kuò)展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進(jìn)行二次開發(fā)。 3.硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會產(chǎn)生相互影響，考慮原則是：軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件實施，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時間比硬件實現(xiàn)長，且占用cpu時間。 4.系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。如選用cmos芯片單片機(jī)構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時，系統(tǒng)中所有芯片都應(yīng)盡可能選擇低功耗產(chǎn)品。 5.可靠性及抗干擾設(shè)計是硬件設(shè)計必不可少的一部分，它包括芯片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。 6.必須考慮其驅(qū)動能力。驅(qū)動能力不足時，

16、系統(tǒng)工作不可靠，可通過增設(shè)線驅(qū)動器增強(qiáng)驅(qū)動能力或減少芯片功耗來降低總線負(fù)載。 7.盡量朝“單片”方向設(shè)計硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)器件越多，器件之間相互干擾也越強(qiáng)，功耗也增大，也不可避免地降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。硬件是軟件的基礎(chǔ)，好的電子產(chǎn)品硬件設(shè)計是關(guān)鍵，也是各種集成功能的物質(zhì)載體。一個硬件電路設(shè)計包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，當(dāng)硬件內(nèi)部元件不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、驅(qū)動、顯示器等，要設(shè)計合適的接口電路。點陣顯示屏由16個88點陣led顯示模塊，易于更換，行信號選擇譯碼器74ls154、驅(qū)動器三極管8

17、550、數(shù)據(jù)移位寄存器74hc595和行驅(qū)動器組成。單元顯示屏可以接收控制器（主控制電路板）或上一級顯示單元模塊傳輸下來的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級顯示模塊單元中，因此顯示屏可擴(kuò)展至更多的顯示單元，用于顯示更多的內(nèi)容。軟件方面，串行方式顯示。這種方式可同時顯示16個88點陣漢字、字符或數(shù)字。采用外部中斷的方式響應(yīng)光筆的感應(yīng)。當(dāng)光敏三極管正對的led發(fā)光時，光筆就傳送一個中斷信號給控制器，中斷響應(yīng)后，改變程序中的數(shù)據(jù)，使得顯示器的內(nèi)容發(fā)生變化。控制器的控制方式是：當(dāng)光筆感應(yīng)無效時，一直顯示原有的數(shù)據(jù)，采用動態(tài)掃描的方式顯示，由定時器控制屏幕的掃描

18、，即以一定的頻率對屏幕進(jìn)行整屏掃描，這樣顯示和掃描交替進(jìn)行。掃描開始時才判斷光筆的感應(yīng)是否有效，以免在顯示的時候也產(chǎn)生中斷。在省電模式中，也由定時器來控制，其中掃描定時中斷和省電定時中斷在開機(jī)時就一直工作，省電模式就是在設(shè)定的時間內(nèi)光筆沒有感應(yīng)到led發(fā)光時，就會取消顯示的功能，同時關(guān)閉省電定時器，就剩下定時掃描。當(dāng)光筆感應(yīng)有效時，產(chǎn)生外部中斷，同時開啟省電計時器，而且使顯示功能生效，此時又是顯示和掃描交替進(jìn)行。 對于51系列單片機(jī)，現(xiàn)有四種語言支持，即匯編、pl/m，c和basic?basic通常附在pc機(jī)上，是初學(xué)編程的第一種語言。一個新變量名定義之后可在程序中作變量使用，非常易學(xué)，根據(jù)解

19、釋的行可以找到 錯誤而不是當(dāng)程序執(zhí)行完才能顯現(xiàn)出來。basic由于逐行解釋自然很慢，每一行必須在執(zhí)行時轉(zhuǎn)換成機(jī)器代碼，需要花費許多時間不能做到實時性。basic為簡化使用變量，所有變量都用浮點值。basic是用于要求編程簡單而對編程效率和運行速度要求不高的場合。 pl/m是intel從8080微處理器開始為其系列產(chǎn)品開發(fā)的編程語言。它很像pascal，是一種結(jié)構(gòu)化語言，但它使用關(guān)鍵字去定義結(jié)構(gòu)。pl/m編譯器好像匯編器一樣可產(chǎn)生緊湊代碼。pl/m總的來說是高級匯編語言，可詳細(xì)控制著代碼的生成。但對51系列，pl/m不支 持復(fù)雜的算術(shù)運算、浮點變量而無豐富的庫函數(shù)支持。學(xué)習(xí)pl/m無 異于學(xué)習(xí)一

20、種新語言。c語言是一種源于編寫unix操作系統(tǒng)的語言，它是一種結(jié)構(gòu)化 語言，可產(chǎn)生壓縮代碼。c語言結(jié)構(gòu)是以括號而不是子和特殊符 號的語言。c可以進(jìn)行許多機(jī)器級函數(shù)控制而不用匯編語言。與匯 編相比，有如下優(yōu)點：對單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對51的存儲器結(jié)構(gòu)有 初步了解寄存器分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)。這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性編程及程序調(diào)試時間顯著縮短，從而提高效率 提供的庫包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能將已編好程序可容易的植入新程序，因為它具有方便的模塊化編程技術(shù)

21、c語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持，c語言程序本身并不依賴于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可根據(jù)單片機(jī)的不同較快地移植過來。 51的匯編語言非常像其他匯編語言。指令系統(tǒng)比第一代微處理器要強(qiáng)一些。51的不同存儲區(qū)域使得其復(fù)雜一些。盡管懂得匯編語言不是你的目的，看懂一些可幫助你了解影響任何語言效率的51特殊規(guī)定。例如，懂得匯編語言指令就可以使用在片內(nèi)ram作變量的優(yōu)勢，因為片外變量需要幾條指令才能設(shè)置累加器和數(shù)據(jù)指針進(jìn)行存取。要求使用浮點和啟用函數(shù)時只有具備匯編編程經(jīng) 驗才能避免生成龐大的、效率低的程序，這需要考慮簡單的算術(shù)運算或先算好的查表法。最好的單片機(jī)編程者應(yīng)是由匯編轉(zhuǎn)用c而不是原

22、來用過標(biāo)準(zhǔn)c語言的人。所以，在本設(shè)計中使用的是c語言編寫的程序。2.2系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)硬件包括控制器（芯片采用at89s52）、驅(qū)動電路（74hc154和74hc595）、顯示屏和光筆。點陣的32行和32列分別由74hc154和74hc595驅(qū)動。由于驅(qū)動芯片的驅(qū)動電流較弱，所以用專用的電源，再加一級驅(qū)動，即用驅(qū)動芯片來驅(qū)動三極管，再由三極管s8550來驅(qū)動點陣，為了實現(xiàn)每一行不因點亮的led數(shù)量多而使得led亮度變暗，三級管的電源是從5v電源經(jīng)過四個串聯(lián)的二極管1n4007，再連接到s8550的發(fā)射極作為點陣的真正的驅(qū)動電源。用at89s52的四個引腳模擬兩個串口，即兩個發(fā)送串行數(shù)據(jù)，另兩個發(fā)

23、送時鐘脈沖。一個模擬串口用來使數(shù)碼管顯示led點的坐標(biāo)，另一個用來給顯示屏發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和掃描。掃描和顯示的原理類似，都是通過一行一行的實現(xiàn)，只是發(fā)送的數(shù)據(jù)不同；顯示是依次的發(fā)送字庫里的數(shù)據(jù)；掃描是先發(fā)送一個使得led點亮的數(shù)據(jù)，接著連續(xù)的發(fā)送31個相反的數(shù)據(jù)，直到該行的led逐個點亮一次，然后向下一行發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對整個屏掃描一次。顯示和掃描的交替是整屏顯示、整屏掃描，而不是逐行的掃描、顯示交替。擦除和劃線的原理是相似的，當(dāng)光筆的感應(yīng)有效時，中斷程序會把字庫中和改點對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)置位（led熄滅/擦除）或清零（led點亮/劃線）。拖動功能中，對字庫并不進(jìn)行修改，只是對顯示中變量進(jìn)行

24、修改。上下拖拽中，是使每一行顯示下一行/上一行的數(shù)據(jù)，每一行都要發(fā)送32個二進(jìn)制數(shù)據(jù)；左右拖拽是該行還是顯示該行的內(nèi)容，只是每行發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)不是32個，向左拖拽時，每行發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)少于32個，即用顯示不全的方式實現(xiàn)向左拖拽，向右拖拽是，每行發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)多于32個。掃描和省電都是由定時器來控制，掃描的頻率要大于50hz，使得人眼看起來不閃爍，本設(shè)計中用到了兩個定時器t0和t1。t0控制掃描，定時時間到時，啟動外部中斷，同時啟動掃描功能，掃描結(jié)束后，關(guān)閉外部中斷，實現(xiàn)周期性的掃描；t1控制省電模式，由于省電的定時時間比較長，所以t1用方式1，定時時間到時，關(guān)閉t1定時器，同時關(guān)閉顯示功能，

25、只有t0周期性的調(diào)用掃描。外部中斷產(chǎn)生時，開啟t1定時器并賦予初值，在省電規(guī)定的時間內(nèi)又有外部中斷產(chǎn)生時，同樣給t1定時器賦予初值，即讓t1定時器每次都是從外部中斷開始時計時。這樣設(shè)計的優(yōu)點是：簡單性 由于系統(tǒng)最為復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分都以芯片內(nèi)部邏輯的形式實現(xiàn),使系統(tǒng)變得非常簡單.單元化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計 與目前行業(yè)的發(fā)展方向相一致,大型顯示屏系統(tǒng)在屏體結(jié)構(gòu)上采用單元化設(shè)計,系統(tǒng)連線直觀簡便,不但保證了顯示屏體的大小可以根據(jù)需要拼接調(diào)整,而且使系統(tǒng)的安裝、調(diào)試與維護(hù)變得極為簡便,從而最大程度地降低顯示屏系統(tǒng)的不可見故障率.工業(yè)化可靠性設(shè)計 系統(tǒng)采用單元化設(shè)計,取代了傳統(tǒng)設(shè)計中大量的分離器件,使系統(tǒng)的可

26、靠性與穩(wěn)定性大幅度提高. 全套方案組成 系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)源、傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分配及軟件管理工具等,使led顯示屏的建設(shè)變?yōu)楹唵螛?biāo)準(zhǔn)化.第3章 寫字板的硬件設(shè)計3.1硬件系統(tǒng)總體設(shè)計硬件包括控制器（芯片采用at89s52）、驅(qū)動電路（74hc154和74hc595）、坐標(biāo)顯示（74hc164和數(shù)碼管）8*8點陣顯示屏和光敏三極管光筆。圖3.0 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 3.2控制器at89s52電路控制器電路包括單片機(jī)芯at89s52電路、數(shù)碼管顯示電路、驅(qū)動電路和按鍵。at89s52 是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系統(tǒng)可編程flash存儲器。使用atmel公司高密度非易失性存

27、儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允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cpu和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89s52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。at89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32位i/o口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，at89s52可降至0hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu停止工作，允許ram、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉

28、電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。圖3.1 單片機(jī)電路圖端口功能定義p00點陣顯示數(shù)據(jù)端p01點陣顯示時鐘脈沖發(fā)送端p0274hc595驅(qū)動輸出鎖存使能控制端p03 p07功能切換按鍵端p10數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)端p11數(shù)碼管顯示時鐘脈沖端p20p2374hc154驅(qū)動數(shù)據(jù)發(fā)送端p24p2574hc154驅(qū)動數(shù)據(jù)輸出使能控制端p32外部中斷int0端圖3.2 單片機(jī)端口分配圖3.3數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示電路中采用的是74hc164和8段數(shù)碼管。74hc164是高速硅門cmos 器件，與低功耗肖特基型ttl (lsttl)器件的引腳兼容。

29、74hc164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。時鐘(cp)每次由低變高時，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到q0，q0是兩個數(shù)據(jù)輸入端（dsa 和 dsb）的邏輯與，它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。主復(fù)位(mr)輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效，同時非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。8段數(shù)碼管又稱為8字型數(shù)碼管，分為8段：a、b、c、d、e、f、g、p。其中p為小數(shù)點。數(shù)碼管常用的有10根管腳，每一段有一根管腳，另外兩根管腳為一個數(shù)位管的公共端com，兩根之間相互連通?？梢燥@示：時間、日期、溫度等。設(shè)計中，左邊的兩個數(shù)碼管顯示感應(yīng)點的橫坐標(biāo)，右邊的兩個

30、數(shù)碼管顯示感應(yīng)點的縱坐標(biāo)，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)以串行的方式發(fā)送給74hc164，在由74hc164的并行輸出端控制8段數(shù)碼管，由于74hc164沒有輸出所存功能，所以當(dāng)發(fā)送顯示的數(shù)據(jù)很快時，數(shù)碼管顯示的就是8888，不能觀察具體的數(shù)據(jù)，所以在軟件的編寫中當(dāng)要發(fā)送相同的數(shù)據(jù)時，實際并不發(fā)送，只有要發(fā)送的數(shù)據(jù)不同時才真正的發(fā)送數(shù)據(jù)。圖3.3 數(shù)碼管顯示電路圖3.4驅(qū)動和點陣電源電路點陣的橫縱驅(qū)動由74hc154和74hc595控制。74hc154解碼器采用先進(jìn)的silicon-gate cmos技術(shù),并適合內(nèi)存地址譯碼的應(yīng)用。它具有抗噪能力強(qiáng)、低功耗和速度類似晶體管電路。74hc154有4個二進(jìn)制選擇輸

31、入(a、b、c、d)。16個輸出端正常輸出是高電平，如果使能這個裝置則這些輸入就決定16個輸出端對應(yīng)的一個端輸出低電平。 (g1和g2)是兩個使能端，低電平有效。74hc595是硅結(jié)構(gòu)的cmos器件，兼容低電壓ttl電路，遵守jedec標(biāo)準(zhǔn)。74hc595是具有8位移位寄存器和一個存儲器，三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。數(shù)據(jù)在schcp的上升沿輸入，在stcp的上升沿進(jìn)入的存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。移位寄存器有一個串行移位輸入（ds），和一個串行輸出（q7）,和一個異步的低電平復(fù)位，存儲寄存器有一個并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出

32、，當(dāng)使能oe時（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位寄存器，具有高阻關(guān)斷狀態(tài)。圖3.4 74hc154驅(qū)動電路圖圖3.5 74hc595驅(qū)動電路圖由于74hc154和74hc595的驅(qū)動能力比較弱，點陣的亮度比較弱，所以增加一級驅(qū)動即三極管驅(qū)動。74hc154是416譯碼器，輸出只有一個是低電平直接控制pnp三極管s8550的基極，三極管能飽和導(dǎo)通，對應(yīng)的行可以被點亮，該行中具體哪個點亮要看74hc595的并行輸出端哪些是低電平。電源vcc是+5v電壓，由于led的工作電壓是2v左右，所以經(jīng)過4個二極管降壓后，三極管的輸出電壓接近2v，由于二極管對電流沒有

33、限制，所以當(dāng)點亮的led數(shù)量多時，電源電流增加，兒不會影響整體的亮度。圖3.6 三極管局部驅(qū)動和電源電路圖3.5掃描光筆電路及按鍵電路光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時也受光輻射的控制。通?；鶚O不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。當(dāng)具有光敏特性的pn 結(jié)受到光輻射時，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個放大了相當(dāng)于倍的信號電流。與光敏二極管相比，光敏三極管具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度?？梢酝耆?qū)動下一級的普通的三極管，使普通的三極管飽和導(dǎo)通，處于開關(guān)狀

34、態(tài)。設(shè)計中采用的光敏三極管型號是3du33（npn型）。圖3.7 掃描光筆電路圖為了實現(xiàn)寫字板的各功能之間能夠進(jìn)行切換，在系統(tǒng)的設(shè)計中采用了獨立式鍵盤，因為在系統(tǒng)的功能中并不需要輸入很多的數(shù)據(jù)，所以沒有選用矩陣式鍵盤，單片機(jī)的i/o口仍可使用，同時在編寫程序時減少了工作量，減去了鍵盤掃描的程序，但同時達(dá)到了相同的功能。圖3.8 按鍵電路圖3.6時鐘電路片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個時鐘產(chǎn)生電路，cpu的所有操作均在時鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶體振蕩頻率，一般多在1.2mhz12mhz之間選取。c1、c2是反饋電容，其值在5pf30pf之間選取，典型值為30pf。本電路選用的

35、電容為30pf，晶體振蕩頻率為12mhz。這樣就確定了單片機(jī)的3個周期分別是：振蕩周期1/12；機(jī)器周期（sm）；指令周期；圖3.9 單片機(jī)時鐘產(chǎn)生電路xtal1和xtal2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容。在石英晶體的兩個管腳加交變電場時，它將會產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振動又會產(chǎn)生交變電場，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一般情況下，無論是機(jī)械振動的振幅，還是交變電場的振幅都非常小。但是，當(dāng)交變電場的頻率為某一特定值時，振幅驟然增大，產(chǎn)生共振，稱之為壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。即用來連接at89s51片內(nèi)osc的定時反饋回路，如上

36、圖所示。石英晶振起振后要能在xtal2線上輸出一個3v左右的正弦波，以便使at89s51片內(nèi)的osc電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常，osc的輸出時鐘頻率為0.5mhz-16mhz，典型值為12mhz或者11.0592mhz。電容c1和c2可以幫助起振，典型值為30pf，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)時鐘頻率的目的。3.7單片機(jī)復(fù)位電路單片機(jī)在開機(jī)時都需要復(fù)位，以便中央處理器cpu以及其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機(jī)的復(fù)位后是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的rst引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖（2個機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便可實現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位

37、。at89s52單片機(jī)的rst引腳是復(fù)位信號的輸入端。例如：若at89s52單片機(jī)時鐘頻率為12mhz，則復(fù)位脈沖寬度至少應(yīng)該為2s。圖3.10 單片機(jī)復(fù)位電路圖3.8單片機(jī)的電源設(shè)計單片機(jī)的工作電壓范圍：vcc可為2.7v -6v。單片機(jī)系統(tǒng)工作電源由網(wǎng)壓220v經(jīng)過降壓變壓器t1、整流橋d2降為直流9v，通過三端穩(wěn)壓管l7805穩(wěn)壓，電容c7，c8濾波將電壓穩(wěn)定在5v左右。電源電路如圖3.11所示：圖3.11 單片機(jī)的電源設(shè)計第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 4.1系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)圖軟件結(jié)構(gòu)跟硬件是相對應(yīng)的，即每一個硬件部分都有相應(yīng)的軟件代碼這是因為大多數(shù)的硬件部分都是數(shù)字可編程控制的。本設(shè)計中主要

38、有兩個整體的程序，主程序和中斷程序。主程序的任務(wù)是按鍵的掃描和調(diào)用點陣顯示程序。主程序在初始化程序后就一直循環(huán)調(diào)用按鍵掃描和點陣顯示程序。中斷程序主要是當(dāng)發(fā)生中斷時，按照預(yù)先設(shè)定好的優(yōu)先級來響應(yīng)中斷。圖4.0 主程序結(jié)構(gòu)圖 4.1 中斷程序結(jié)構(gòu)圖在硬件中有很多的電路都是模塊化的，比如cpu控制電路，驅(qū)動電路，按鍵電路和顯示電路等，既然程序的編寫和硬件是相對應(yīng)的，那么程序中也應(yīng)該要用到模塊化的思想。沒錯，一個完整完善的程序要包括很多的子程序，如果我們把這些子程序都編寫成一個一個的模塊的話，那么如果我們想再次利用時就可以直接調(diào)用子程序了，這樣一個大的程序就有很多的小的模塊組成了。模塊化的思想的另一

39、個優(yōu)點是它的可移植性強(qiáng)，比如事先我們已經(jīng)編寫好了一個關(guān)于串行數(shù)碼管顯示的字模塊，當(dāng)我想再次使用時，就可以直接的把程序拷貝過來使用，只需修改最初的變量就可以了，大大減少了開發(fā)的周期，提高了效率，在調(diào)試時也非常的方便。 接下來就讓我們來看看本設(shè)計中是如何實現(xiàn)上面所說的內(nèi)容的。4.2系統(tǒng)軟件及子程序的流程圖圖4.2主程序流程圖 圖4.3 t0中斷程序流程圖 圖4.4t1中斷程序流程圖 圖4.5 外部中斷程序流程圖圖4.6屏幕掃描程序流程圖圖4.7按鍵程序流程圖圖4.8 屏幕顯示程序流程圖 圖4.9行掃描程序流程圖圖4.10行顯示程序流程圖第5章 系統(tǒng)調(diào)試 5.1調(diào)試方案（1）在“點亮”功能下，當(dāng)光筆

40、接觸屏上某點led時，能即時點亮該點led，并在控制器上同步顯示該點led的行列坐標(biāo)值（2）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）。（3）在“筆畫擦除”功能下，能用光筆擦除屏上所顯漢字的筆畫。（4）在“對象拖移”功能下，能用光筆將選定顯示內(nèi)容在屏上進(jìn)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。5.2調(diào)試結(jié)果（1）尋坐標(biāo)時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)光筆不動時數(shù)碼管的顯示一直是“8888”，移動時有改變，之后仍然顯示“8888”，經(jīng)查看軟件和硬件，修改了軟件部分，即在調(diào)用數(shù)碼管顯示程序之前先判斷要顯示的數(shù)據(jù)是否與前一次的數(shù)

41、據(jù)相同，如果相同則不調(diào)用顯示，相反就要調(diào)用。改后顯示正常。（2）在劃線和擦除功能調(diào)試中，當(dāng)光筆劃過led時，正對的led和附近的led都會亮或是都熄滅，原來是光敏三極管的靈敏度較高，能感應(yīng)到附近的光的亮，由于降低led的亮度影響視覺，所以降低光敏三極管的響應(yīng)范圍，改進(jìn)方法是在光筆的前端加上一個遮光罩，即光敏三極管只能感應(yīng)正對的led的發(fā)光。第6章 總結(jié)在led點陣書寫屏的設(shè)計過程中，雖然發(fā)現(xiàn)不少問題，但卻因此學(xué)到很多東西，基本了解了整個嵌入式開發(fā)的流程。最初在練習(xí)設(shè)計一些功能簡單的電路時，從電源到主控制器，驅(qū)動及外圍電路，盡管都是功能單一的模塊，但卻因為核心芯片不同要采用不同的上電電壓及上下拉電阻及濾波電容，原理圖做好時pcb布線又會讓人身臨線路的迷宮?？傮w來說，這次設(shè)計開發(fā)讓我感覺到動手實踐與理論聯(lián)合的重要性，綜合能力有所提高，這些都促使