LED點(diǎn)陣書寫顯示屏的設(shè)計(jì)

吳強(qiáng) 楊文麗 黃光華

摘要：隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，用LED點(diǎn)陣書寫顯示屏的節(jié)能運(yùn)用越來越多。本文主要涉及的領(lǐng)域在LED書寫顯示，介紹如何設(shè)計(jì)的一個(gè)32*32LED點(diǎn)陣書寫顯示屏，其功能既可以進(jìn)行屏幕循環(huán)顯示、全屏擦除和屏幕反顯等視覺顯示功能，又可以用光電三極管進(jìn)行筆畫擦除和筆畫點(diǎn)亮等手動(dòng)書寫功能。實(shí)驗(yàn)表明，該設(shè)計(jì)可靠性強(qiáng)、成本低，安全性高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：32*32LED點(diǎn)陣;光電三極管 ;書寫顯示屏

中圖分類號(hào)：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）24-0260-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，LED點(diǎn)陣書寫屏既可多次顯示文字與圖形等不同圖案，又能在短時(shí)間內(nèi)展示多個(gè)不同信息，具有反復(fù)播放的特點(diǎn)，其節(jié)能運(yùn)用越來越廣泛。本文設(shè)計(jì)一個(gè)32*32LED點(diǎn)陣書寫顯示屏，采用STC12C5A60S2單片機(jī)為主控制器，再用74HC154為輔進(jìn)行單片機(jī)串口拓展控制點(diǎn)陣行列，使用光電三極管進(jìn)行對(duì)點(diǎn)陣的控制書寫，坐標(biāo)信息由74HC595芯片連接數(shù)碼管并顯示在數(shù)碼管。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強(qiáng)、安全性高，節(jié)能效果明顯。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本論文設(shè)計(jì)一個(gè)32*32LED點(diǎn)陣書寫顯示屏，主要功能如下所示：

（1）可以實(shí)現(xiàn)“全屏點(diǎn)亮”“全屏擦除”的功能;

（2）屏幕上可輪流顯示8個(gè)大小寫的英文字母和“電子設(shè)計(jì)”4個(gè)漢字;

（3）光筆點(diǎn)亮觸及點(diǎn)陣上的燈，并用數(shù)碼管顯示此點(diǎn)的行列坐標(biāo)值，另外可測(cè)量并顯示“點(diǎn)亮”過程的時(shí)間，單位為毫秒;

（4）光筆能夠劃亮多個(gè)點(diǎn)陣燈，而且在2秒內(nèi)劃過并點(diǎn)亮的燈越多越好，也可以測(cè)得顯示“劃亮”過程的時(shí)間，單位為毫秒;

（5）可以實(shí)現(xiàn)“反顯”功能;

（6）可以用光筆擦除所顯漢字的筆畫。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要由以下幾個(gè)模塊組成：光電三極管檢測(cè)模塊、中斷獨(dú)立按鍵模塊、數(shù)碼管顯示模塊和書寫顯示模塊，總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件電路的實(shí)現(xiàn)

2.1光電三極管檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中的光電檢測(cè)模塊主要是用光敏三極管進(jìn)行對(duì)點(diǎn)陣的光感應(yīng)來檢測(cè)電路，電路模塊如圖2所示：當(dāng)沒有光時(shí)，光敏三極管Q3DUSC電阻高達(dá)20K，使得比較器LM3933腳（正相）輸入電壓約為1/20VCC，將R178滑動(dòng)變阻器調(diào)至4：1左右的位置，使得比較器2腳（負(fù)相）輸入電壓約為2/5VCC，此時(shí)負(fù)相電壓2/5VCC大于正相電壓1/20VCC，則LM393比較器輸出端輸出低電平。當(dāng)光敏三極管感應(yīng)到光時(shí)，光敏三極管電阻約為1K，比較器正相電壓約為1/2VCC，即正相電壓比較器負(fù)相電壓大，比較器輸出為高電位;P1.5I/O口檢測(cè)到比較器LM393輸出由低到高的電平變化，變化的電平信號(hào)傳送給主控芯片，從而實(shí)現(xiàn)光電三極管對(duì)LED點(diǎn)陣的光檢測(cè)。

2.2 LED點(diǎn)陣電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)使用74HC154譯碼芯片控制點(diǎn)陣的行與列從而控制LED點(diǎn)陣，其中74HC154是一塊4線—16線譯碼器/解調(diào)器芯片，可用來進(jìn)行對(duì)STC12C5A60S2單片機(jī)芯片的IO口拓展。4個(gè)輸入就可產(chǎn)生16個(gè)輸出，大大節(jié)省了單片機(jī)的IO口。本次設(shè)計(jì)中在點(diǎn)陣掃描控制行列時(shí)分別用兩片74HC154控制了點(diǎn)陣32腳的行與列。利用這4片74HC154對(duì)32*32點(diǎn)陣LED定義坐標(biāo)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描使得人眼觀察點(diǎn)陣LED散發(fā)微弱的光芒，進(jìn)入等待光電三極管檢驗(yàn)的過程。由于74HC154芯片輸出為低電平，故用PNP三極管銜接，而32*32點(diǎn)陣有1024個(gè)LED，一個(gè)LED點(diǎn)亮大概需要5至20ma，為了確保在掃描時(shí)LED散發(fā)微亮的光芒，三極管接上限流電阻進(jìn)行限流。這時(shí)感受到點(diǎn)陣在光電三極管檢測(cè)時(shí)展現(xiàn)全亮的變化，人眼看去就像屏幕被書寫點(diǎn)亮。點(diǎn)陣電路行驅(qū)動(dòng)部分電路如圖3所，點(diǎn)陣電路行驅(qū)動(dòng)部分電路如圖4所。

2.3行列坐標(biāo)值顯示電路設(shè)計(jì)

數(shù)碼管顯示模塊是使用74HC595芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，74HC595芯片最重要的優(yōu)點(diǎn)就是它有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，輸出寄存器可直接清除，在移位的時(shí)候能保持輸出端數(shù)據(jù)保持不變，使得數(shù)碼管不會(huì)出現(xiàn)閃爍的情況。比如串行輸入8位數(shù)轉(zhuǎn)變成并行輸出8位數(shù)，則控制的對(duì)應(yīng)的一個(gè)8位數(shù)碼管將不會(huì)閃爍，便于數(shù)碼管的穩(wěn)定顯示。本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)的芯片的P1.0至P1.3控制芯片的驅(qū)動(dòng)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 部分功能設(shè)計(jì)

3.1.1 喚醒部分

當(dāng)顯示時(shí)間在20s的延時(shí)內(nèi)沒有下一個(gè)中斷執(zhí)行時(shí)清空儲(chǔ)存器數(shù)據(jù)使其暗下來，將端口全部置高或置0，待按下喚醒中斷按鍵后CPU才開始進(jìn)行行列掃描等待其他指令。

3.1.2 標(biāo)志顯示

題目要求能夠循環(huán)顯示8個(gè)含大小寫的英文字母與“電子設(shè)計(jì)”4個(gè)中文漢字 ，在文檔上寫自己需要顯示的內(nèi)容，比如我的是“asdfgHJKL電子設(shè)計(jì)”，裁取圖片的格式“.jpg”轉(zhuǎn)化為“.bmp”，使用字模提取軟件，生成C51的代碼，設(shè)置數(shù)組放入。

if（P2==0xfd）? ?//標(biāo)志循環(huán)顯示

{XunHuan=0;

GNXZ=1;

if（DJ==0）

{ZB[0]=10;

ZB[1]=10;

ZB[2]=0;

ZB[3]=1;

SMGXS（）;}}

3.1.3 清屏擦除行為

本設(shè)計(jì)中擦除主要由光電三極管檢測(cè)，當(dāng)光電三極管檢測(cè)到點(diǎn)陣為1，信息反映到CPU則進(jìn)行對(duì)感應(yīng)到的“1”的位置賦“0”。當(dāng)清屏中斷開啟則將點(diǎn)陣的列強(qiáng)行執(zhí)高電平，顯示全部置0，實(shí)現(xiàn)全屏清除。

if（P2==0xef） //清屏功能

{uchar x，y;

if（GNXZ==2||GNXZ==3）

{for（x=0;x<32;x++）

{for（y=0;y<4;++）

{XSKJ[x][y]=0x00;}}}}

if（P2==0xdf）? ? ? //擦除功能

{GNXZ=3;

if（DJ==0）

{DJ=0;

ZB[0]=10;

ZB[1]=10;

ZB[2]=0;

ZB[3]=3;

SMGXS（）;}}

3.1.4 反顯中斷

反顯中斷開啟時(shí)將定的數(shù)據(jù)進(jìn)行按位取反，得到的新地址儲(chǔ)存到ARM中再由地址循環(huán)掃描輸出。

if（P2==0xbf）

{uchar x，y;

if（GNXZ==2||GNXZ==3）

{for（x=0;x<32;x++）

{for（y=0;y<4;++）

{XSKJ[x][y]=XSKJ[x][y];

}}}}

3.1.5 點(diǎn)亮模式

點(diǎn)亮也是在進(jìn)行行列掃描時(shí)，靠點(diǎn)陣屏全部微亮?xí)r，通過光電三極管來把對(duì)應(yīng)的點(diǎn)點(diǎn)亮，就是微亮是用兩個(gè)154芯片控制三極管然后有限流電阻，當(dāng)點(diǎn)陣用光電三極管檢測(cè)到對(duì)應(yīng)的點(diǎn)再用上面的兩片154芯片控制對(duì)應(yīng)的三極管，微亮有加限流電阻三極管亮度小于全亮沒有限流電阻三極管亮度。

if（P2==0x7f）? ? ?//點(diǎn)亮功能

{GNXZ=2;

if（DJ==0）

{DJ=0;

ZB[0]=10;

ZB[1]=10;

ZB[2]=0;

ZB[3]=2;

SMGXS（）;}}

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單實(shí)用，軟硬件容易實(shí)現(xiàn)，成本較低。能夠以進(jìn)行屏幕循環(huán)顯示、全屏擦除和屏幕反顯等視覺顯示功能?；緦?shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】