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1、LED 点阵书写显示屏LED 点阵书写显示屏学院：计算机学院组员：兰晓阳张军霞侯海盟完成时间：2013-08-09 LED 点阵书写显示屏摘 要本系统以 MSP430F149 为核心，设计并制作了一个基于3232 LED 点阵模块书写显示屏。 该点阵可以实现扫描微亮和显示点亮两种工作模式，在扫描过程中通过自制光笔检测，实现“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移”等书写显示功能， 并且通过按键可以实现不同功能之间的切换。同时还能够根据环境光强的变化，自动连续调节显示屏上显示的亮度。设计方案运用了 4 块 3-8 译码器 74HC138 驱动点阵的行，通过单片机的控制实现各种书
2、写功能及显示屏亮度的自动调节采用光敏电阻检测环境光强，通过A/D 转换、D/A 转换实现对显示亮度的自动调节。关键词：MSP430F149；LED 点阵； 74HC138LED 点阵书写显示屏I 目 录1 绪论 . 11.1 课题来源 . 11.2 设计任务及要求 . 12 系统方案设计 . 22.1 系统的总体设计 . 22.2 各模块的设计 . 32.2.1 核心控制模块的设计 . 32.2.2 光笔设计 . 32.2.3 显示方案的设计 . 33 系统硬件设计 . 33.1 光笔的设计 . 43.2 32 32LED点阵的连接 . 43.3 32 32 LED 点阵的驱动控制电路 . 5
3、3.4 键盘的使用及设计 . 54 系统软件设计 . 54.1 主程序设计 . 54.2 外中断 0 服务程序（坐标检测）. 74.3 外中断 1 服务程序（按键处理）. 75 系统测试与结果 . 8参考文献 . 9LED 点阵书写显示屏1 1 绪论1.1 课题来源本课题来源于全国大学生电子设计竞赛LED 点阵书写显示屏，它是一种控制半导体发光二极管的显示装置，其主要功能是实现“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移”等书写显示。1.2 设计任务及要求设计并制作一个基于3232 点阵 LED 模块的书写显示屏， 其系统结构如图 1-1 所示。在控制器的管理下，LED 点阵模块
4、显示屏工作在人眼不易觉察的扫描微亮和人眼可见的显示点亮模式下；当光笔触及LED 点阵模块表面时， 先由光笔检测触及位置处LED 点的扫描微亮以获取其行列坐标，再依据功能需求决定该坐标处的LED 是否点亮至人眼可见的显示状态， 从而在屏上实现“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移”等书写显示功能。图 1-1 系统结构图设计的最终要求是： 在点亮功能下当光笔接触屏上某点LED 时，能即时点亮该 LED；在划亮功能下当光笔快速划过时，能同步点亮划过的各LED，其速度要求 2S 内能划过并点亮40 点 LED；在反显功能下能对屏上显示的信息实现反向显示； 在屏幕擦除功能下能实现对屏
5、上所显示信息整屏擦除；在笔画擦除功能下，能用光笔擦除屏上所显汉字的笔画；在连写多字功能下， 能结合自选的擦除方式，在 30S 内以划亮方式写出四个汉字且存入机内；在对象拖移功能下，能用光笔将选定显示内容在屏上进行拖移，先用光笔以划亮方式在屏上圈定欲拖移显示对象， 再用光笔将该对象拖移到屏上另一位置；当光强改变时， 能自动连续调节屏上显示亮度； 当光笔连续未接触屏面的时间超过1-5MIN 时，自动关闭屏上显示，并使系统进入休眠模式。LED 点阵书写显示屏2 2 系统方案设计2.1 系统的总体设计根据课题要求， LED 点阵书写显示屏由主控模块，按键模块、LED 点阵模块、光笔模块及 LED 点阵
6、驱动显示等部分组成。系统框图如图2-1 所示。按键MCU驱动电路LED 点阵光笔检测图 2-1系统框图LED 点阵书写显示屏3 2.2 各模块的设计2.2.1 核心控制模块的设计核心控制模块是系统的大脑， 控制着系统的所有输入输出、计算、判断与决策。 “LED 点阵书写显示屏”检测精度要求高且数据存储量大，选择适合的控制模块，能确保其快速是实现稳定及达到系统要求的基本条件。本次设计使用MSP430 系列单片机，该系列单片机是美国TI（德州仪器）公司于1996 年推出的一种超低功耗的混合信号处理器。它将许多模拟电路外设（如ADC、DAC、模拟比较器）和常用数字模块（如SCI、SPI、I2C、看门
7、狗、 PWM、CAP、定时/ 计数器）集成在芯片内部。 通常对于一般实际应用单芯片便可以完全满足要求，这样可以降低外围控制电路的复杂性，节约 PCB 空间，同时也降低了设计成本，提高了系统的可靠性。2.2.2 光笔设计光笔设计的关键是选择合适的传感器件，只有具有很高的灵敏度和一定的响应时间的传感器才能完成系统的要求及功能。方案一：采用核心部件为光敏电阻制成的光笔检测系统。光敏电阻是将光能转换为电能的一种传感器件， 它是构成光电式传感器的主要部件。光敏电阻结构简单、使用方便、价格便宜，但经调试发现其相应时间长，不易检测。方案二：采用光敏二极管， 与光敏电阻相比有较好的高频特性，具有一定的可靠性，
8、功耗低，相比于光敏电阻而言灵敏度较差，需要较高倍数的放大器才能实现精准识别的效果。方案三：采用光敏三极管， 其工作原理与光敏二极管相似。但光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号的放大的功能。所以其灵敏度更高，响应时间快。基于以上分析 , 我们采用光敏三极管作为光笔的检测部件。2.2.3 显示方案的设计采用 LCD 液晶显示器。 LCD 有明显的优点：微功耗、尺寸小、超薄轻巧、显示信息量大、字迹清晰、美观、视觉舒适。使整个控制系统更加人性化。采用LCM301 液晶显示器，其是串行口显示，所需I/O 口较少，节省了资源，焊接电路时也较为方便。3 系统硬件设计LED
9、 点阵书写显示屏4 3.1 光笔的设计光笔用光电三极管3DU33 型光敏三极管检测点阵屏发光的强弱变化电压信号， LM393 为比较器。由于点阵的光强相对较弱，通过光电三极管的电流很小，通过串接硅二极管来提升光电三极管发射极电压，方便后级比较器作业， 便于单片机检测信号。光笔原理图如下图3-1 所示。图 3-1 光笔原理图3.2 32 32LED点阵的连接经分析要想得到 3232 的点阵需要用 16 个共阳型 88 点阵（其引脚图如图 3-2 所示）来构建。其方法是将点阵对应的行线和列线分别进行连接，使每一条行线引脚接一行32 个 LED，列线也相同。L8L7H2L1H4L6L4H1H5H7L
10、2L3H8L5H6H3图 3-2 点阵引脚图LED 点阵书写显示屏5 3.3 32 32 LED点阵的驱动控制电路3232 LED 点阵的列信息控制用4 片 74HC138，构成 532 译码，单片机口线控制其译码输出。 行信息由单片机的I/O 口单独控制， 3.3V 电源分别通过三极管构成的开关加到点阵的列控制端。整屏显示是1024 个灯循环亮。流过LED 电流虽然比较大，但时间很短，因此不会烧坏LED 灯。3.4 键盘的使用及设计键盘是使用比较简单的独立式键盘，而且具有发光二极管指示功能模块。在程序中采用中断扫描的方式， 在没有键操作时CPU 执行正常程序， 只在有键操作时才处理键盘程序。
11、按键功能：按键一：实现点亮等功能；按键二：修改休眠时间；按键三：实现多姿连写时的保存与回放；按键四：实现整屏擦除于休眠唤醒。4 系统软件设计4.1 主程序设计主程序包括系统初始化，点阵扫描控制，液晶显示，以及“反显”、 “擦除”等功能下数据处理程序，流程图如图4-1 所示。其中点阵扫描控制程序，微亮扫描控制由单片机口控制对以译码器的片选和地址输入，使点阵按行列有规律地循环点亮。LED 点阵书写显示屏6 开始初始化点阵扫描反显有效？扫描信号取反存字有效？存储信息对象拖移？信息处理LCD 显示显示刷新NYNYNYYN图 4-1 主程序流程图LED 点阵书写显示屏7 4.2 外中断 0 服务程序（坐
12、标检测）外中断 0 是作为光笔的检测使用， 光笔碰触显示屏过程中， 遇到发光点输出翻转的跳变信号， 送给单片机中断， 作为中断的触发信号， 由于中断程序优先执行，打断微亮扫描过程， 在中断服务程序中根据此时的行列扫描的序号，就可判断光点的坐标，进而为其他功能的实现提供依据，流程图如图4-2 所示。开始坐标计算反显有效？坐标位置“1”存储坐标位置 “0”存储置刷新标志返回YN图 4-2 坐标检测流程图4.3 外中断 1 服务程序（按键处理）外中断 1 为按键操作处理程序，如图4-3 所示。LED 点阵书写显示屏8 开始按键 1吗？按键 2吗？按键 3吗？按键 4吗？中断返回实现“点亮”等基 本功
13、能修改休眠时间实现连字多写时的信 息的保存与回放实现整屏檫除和休眠唤醒功能YNYNYNYN图 4-3 按键中断流程图5 系统测试与结果各模块均调通，将调好的模块连在一起，加上3.3V 电压源，启动进行系统初始化。按键进入点亮模式，用光电笔在LED 点阵书写显示屏上接触，可以看到接触的点点亮， LCD 上显示亮点的精确坐标。用光笔快速的在书写显示屏上划过，发现划过的地方变亮，多次操作都能实现。再次按键，进入反显模式，光笔划过，发现经过的地方没有亮其他的部分高亮，反显测试正常。 再次按键进入擦除模式， 用光笔在屏幕上划过， 显示屏亮的地方变暗了。 再按一次键可以看到整屏由亮变暗， 实现了擦除这一功能。 最后进入多字连写模式和区域拖动模式用光笔在 LED 点阵显示屏上写四个字， 最后在屏上循环显示。 最后对写的字用笔圈起来可以用笔移动。 实现了对象拖移功能。 经过反复的测试， 所有的功能都能很好的实现，系统正常。LED 点阵书写显示屏9 参考文献1胡大可 . MSP430系列单片机 C 语言程序设计与开发 M. 北京: 北京航 空航天大学出版社 . 2008. 3 2MSP430 系列超低功耗单片机原理与系统设计 M. 西安: 西安电子科 技大学出版社， 2008 3董少明 .
