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1、摘 要 本系统以高速单片机STC12C5A60S2为核心，设计并制作了一个基于1616点阵LED模块显示屏。该点阵可以实现扫描微亮和显示点亮两种工作模式，能够通过自制光笔检测在点阵处于扫描微亮状态时获取其行列坐标信息，并能通过液晶显示出来，同时能依据功能要求控制检测点处LED的亮灭，在屏幕上实现“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，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。通过单片机的控制实现各种显示功能，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转换实现对显示亮度的自动调节。目 录
2、一、系统方案比较与选择11核心控制模块的的选择2光笔设计的方案选择3显示方案的选择 4点阵显示模式方案的选择.二、系统理论分析与计算21系统的总体设计22单元模块的设计及参数计算23.发挥部分的设计与实现 2三、总体方案设计与系统框图1.系统总体框图及主要电路图的设计 2.电源部分四、测试方案与测试结果. 41测试结果(数据)52测试分析与结论6五、总结. 6六、附录（电路原理图）LC谐振放大器（D题）【HLJ-D-143组】一、 系统方案论证与选择1核心控制模块的的选择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容量大
3、，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。方案一：使用ATMEL公司的51系列单片机。此系列单片机使用广泛，但运算速度相对较慢、存储容量小，难以存储大容量程序及数据。方案二：使用STC系列单片机，该系列单片机是高集成单片机，功能和性能都要比51系列强大很多。比如STC12C是1T单片机，速度是AT89S51的12倍。而且内部集成了内置振荡器和复位，EEPROM、ADC、PWM、四态I/O接口。自带ADC可以很方便实现光照强度的检测，自带EEPROM可以保存设置的待机时间值。基于以上分析我们采用高速、高容量的STC12C单片机。2光笔设计的方案选择光笔设计的关键是选择
4、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，但经调试发现其响应时间长，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，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，还有对电信号放大的功能。所以其灵敏度更高，响应
5、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。3显示方案的选择显示种类的选择方案一：采用LED数码管显示器。LED数码管亮度高，醒目，但是其电路复杂，占用资源较多，需要不断刷新屏幕。方案二：采用LCD 1602液晶显示器。LCD 1602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。基于上面的比较分析和现有的LCD1 602器件，选用方案二。4点阵显示模式方案的选择 方案1：将点阵的驱动电源分为两路，一路为正常电压，另一路通过硬件电路调节恰好能使点阵处于微亮状态。但这样会增加系统的成本及硬件电路的复杂性；方案2：采用PW
6、M调制方式，用软件来控制点阵的点亮与熄灭。通过实际调试发现能很好的实现微光扫描且硬件电路简单。基于此我们选择方案2基于以上分析我们选择了方案二。二、 系统理论分析与计算1系统的总体设计本设计以STC12C为核心部件结合按键、LCD显示、光笔检测及LED点阵驱动显示等部分组成。系统框图如图1所示：MCU驱动电 路LED点阵光笔检 测按键LCD显示光强检 测光照检测图1 系统框图2单元模块的设计及参数计算（1）光笔的设计及单元参数的设计在一空的笔壳内，将光敏三极管放置在笔壳底端，光敏三极管的引脚从一个与其直径等宽的空管引出至空管的顶部。其结构如图2所示：图2 光笔的结构图为了能使设计的光笔更好的检
7、测，我们设计了如图3所示的内部电路图。其基本原理是基于光敏三极管，通过电压比较器传输到单片机系统，进而实现光笔的检测。由于比较器在光照下输出高电平，不方便单片机的低电平中断检测。所以我们在比较器后级加入了一个三极管实现电平的反相。图3 光笔电路图（2）1616LED点阵的连接及驱动控制电路经分析要想得到1616的点阵需要用4个共阳型88点阵（其引脚图如图4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16个LED，列线也相同。图4分别将一片74HC154四-十六译码器的Y0-Y15端口与1616LED点阵的列线相连，74HC154的输入端口A、B、C、D、G1
8、、G2与对应的单片机I/O口连接。单片机先通过74HC154的G1、G2片选端口实现信号的选择输出，从而实现列的扫描，电路如图5所示。与列的驱动相比，行的驱动有所不同。将两片74HC595移位寄存器以下图方式进行连接以扩展成一个16位移位寄存器，然后控制16根行线。其电路图如图6所示: 图5 图6a LED点阵列的驱动电路图6b LED点阵行的驱动电路 图6（3）显示电路部分功能及原理为了满足系统在工作时能准确显示光笔对应亮点所处的行列坐标值，我们采用普通1602的字符液晶显示器显示。（4）键盘的使用及设计键盘是使用比较简单的独立式键盘,用蜂鸣器作为按键响应。其电路如图7所示：图7 独立式键盘
9、电路图按键功能：按键一：实现各按键功能的切换；按键二：步骤键 ；按键三：步骤键按键四：笔画擦出键；按键五：清屏键；具体的按键功能说明请参考附录四3.发挥部分的设计与实现光照的检测与控制经分析，想要实现当环境光强改变时能自动连续调节屏上显示亮度的要求，其关键是对点阵周围环境光照的检测与控制。我们通过硬件电路很好的完成了对光照的检测。基本原理是将光敏电阻与一电阻组成串联电路，然后用控制器自带的10位AD对光敏电阻上的压降进行采集，在5v的电源下最小分辨率可达到5mv。经过测试发现光敏电阻在完全黑暗的情况下电阻可达到130K欧姆左右，在普通led灯照射下电阻只有1K欧姆。在对光照变化的检测不是很苛刻
10、的情况下，5mv的分辨率足以满足对屏幕亮度的调节。而且通过多次采集电压值再求平均值可以大大减小误差。最后根据AD值以类似于PWM方式控制屏的亮度。检测电路如图8所示 图8 光照检测电路三、系统程序设计1、系统流程概述 本系统是以软核STC12C为主控，编程采用中断检测的方式，通过模式键的切换 实现点亮、划亮、擦除、拖移等功能。2系统总流程图多字连写模式送至led点阵屏读显示缓存RAM等待有效坐标中断更新显示缓存等待有效坐标中断更新显示缓存清除显示缓存数据结束点亮模式笔画擦除模式全屏擦除模式循环检测KEY+/-更新待机时间按键存入字1并清屏循环显示字14按键存入字4并清屏区域选择选区拖动区域缝合
11、建立辅助选区RAM更新待机时间设定区域拖动模式 四、系统测试及结果 1 划亮反显擦除拖移的测试和结果 各模块均调通，将调好的模块连在一起，加上5v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
12、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。2屏亮自动调节测试和结果 外部光环境人为地改变后，测试LED点阵书写显示屏的亮度是否发生变化如果发生变化，则表明能够自动调节，结果屏亮随外部环境的变化而改变，系统正常。3 超时关显示节电测试和结果 加5v电压启动系统，对系统初始化。设定待机关显示的时间，在测试点接入万用表，不进行任何操作到设定的时间，看显示屏是否自动关闭。结果书写显示屏自动关闭，电路板测试点上的电流小于5mA。表明测试正常，完成系统要求。 五、结论 本作品完成了题目的基本要求和发挥
13、部分的全部要求，虽然我们通过对作品的各项功能进行了优化，但是受控制器速度的限制，整个书写过程还是不是非常流畅。这敦促我们需要不断地去学习结构更加复杂，性能更好的处理器 。这次是我们新团队第一合作共同完成一个项目，虽然在过程中有很多的麻烦和困难存在，但是最终我们都一一克服，我们希望在未来的努力中可以更加团结，达到更加完美的地步。附录1：电路原理图LED点阵显示屏部分主控制器部分PCB图纸附录二 完整的测试结果经过整机测试系统正常，完成了设计的点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移的要求。部分测试图片如下：我们录制了整个模块的测试视频，可以到下面这个网站进行观看。http:/ 基于C8051F
