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1、毕业论文题 目：基于STM32的LED点阵光笔设计与实现硬件部分 姓 名： XXX 院 系： XXX 专 业： 电子信息工程 年 级： 2008级 学 号： 2008114085 指导教师： XXX 完成时间： 2012年5月 目录目录2摘要4Abstract5第一章 绪论61.1课题的背景和意义61.2课题设计的思路简介61.3设计任务及要求7第二章 系统结构设计82.1系统的总体设计82.2各模块的设计82.2.1核心控制模块的设计82.2.2光笔设计92.2.3点阵屏设计92.2.4 LCD显示设计92.2.5 按键设计92.3系统作用9第三章 STM32系统113.1 STM32概述1
2、13.2 STM32F103功能概述113.2.1 主要特点113.2.2 引脚图及功能概述123.3 主控模块原理图13第四章 硬件设计154.1 光笔的设计154.1.1 光敏三极管功能概述164.1.2 LM393电压比较器功能概述174.2 32 X 32 LED点阵的连接194.2.1 LED点阵显示屏概述204.3 32 X 32 LED点阵的驱动控制电路214.3.1 74HC154简介214.3.2 74LS273简介234.3.3 S8550三极管概述234.4显示部分设计244.4.1 1602A液晶屏概述254.4.2接口说明264.4.3 原理简图264.5键盘的使用及
3、设计26第五章 系统测试与结果285.1 光笔的测试285.2 LCD模块的测试285.3按键盘功能的测试285.4定时休眠功能的测试285.5 休眠唤醒功能的测试285.6 整体功能的测试285.6.1 点亮功能测试285.6.2 划亮功能的测试295.6.3 笔画擦除功能的测试295.6.4 连字多写及存储功能的测试29结论30致谢31参考文献32附录：电路图33摘要本课题设计并制作了一个基于STM32的LED点阵光笔，可以通过光笔实现在32X32的LED点阵上书写、显示，满足人们的手写输入需要，使输入变得更简单、快捷。本系统以STM32为核心，通过STM32的控制，使LED点阵能逐点高速
4、程控点亮熄灭。自制一支光电感应画笔，当画笔在LED点阵上随意移动时，系统能实时捕捉画笔笔尖在LED点阵上的位置信息，最终LED点阵能显示出由画笔描绘的图案。本设计的硬件设计包括：光笔的设计、32 32 LED点阵的连接、32 32 LED点阵的驱动控制电路、显示电路部分功能及原理、键盘的使用及设计等。设计方案运用了4-16线译码器74HC154和锁存器74LS273来驱动点阵的行和列，通过STM32的控制实现显示功能。关键词：LED点阵 光笔 STM32 74HC154AbstractThis topic design and made a pen of LED dot matrix base
5、d on STM32, can achieve writing through light pen in 32 X32 of LED dot matrix, and show in the LED dot matrix, satisfy the peoples handwritten input need, the input more simple, quick. This system to STM32 as the core, the STM32 control, make of LED dot matrix can point by point high speed program c
6、ontrol light put out. Homemade a photoelectric sensor brush, brush when in of LED dot matrix on the move, the system can real-time capture the tip brush on the position information of LED dot matrix, and finally of LED dot matrix can show the picture of the design by brush.The design of hardware des
7、ign including: light pen design, 32 32 of LED dot matrix connection, 32 32 of LED dot matrix of the drive control circuit, display circuit of the function and principle, the use of the keyboard and design, etc. Design scheme using 4-16 line decoder 74HC154 and 74LS273 drive the row and column of the
8、 matrix, through the STM32 control achieve display function.Keywords：LED dot matrix Light pen STM32 74HC154第一章 绪论1.1课题的背景和意义随着计算机技术的发展，各种硬件设备也日新月异，在输入设备中，为了应对手写文字输入与绘画输入的需要，出现了各种手写绘画输入设备，包括写字板、绘画板等。LED显示屏就是其中一种写字板。写字板可以免去学习打字的烦恼，使用起来相当方便。目前写字板在智能识别技术已相当成熟，就算字迹潦草些也不用担心电脑无法识别。 LED显示屏面积可以根据需要由单元模块任意拼装，
9、以其变化丰富的色彩，图案实时动态的显示模式，完美的多媒体效果，强大的视觉冲击力将信息、文字、图片、动画、视频等多种方式显示出来,成为信息传播的划时代产品,在铁路民航、体育场馆、会议厅、高速公路、广场、大型商场、证券市场以及多种监控调度中得到了广泛的应用。LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。 当前，LED显示屏的应用已涉及社会经济的许多领域。LED显示屏主要应用领
10、域为广告业，它的出现为广告产业带来了一种新的视觉冲击，广告业的蓬勃发展带动了LED显示屏技术的创新，渐渐的LED显示屏的一些不足也开始进入了人们的“视线”，所谓谁把握先机谁就离成功越近，这就突出了广告的实时性。由于LED显示屏必须通过电脑终端控制，所以为其中内容修改带来了不便。为了解决LED显示屏中内容修改不便的问题，就需要设计一种可以在其上写字的光笔，这样不仅可以把LED显示屏与电脑终端脱离，而不影响其工作，而且直接在LED显示屏上写字给人的视觉冲击也是相当的震撼。广告人的创作灵感往往就在那么一瞬间，如果这种带手写笔的LED显示屏得到发展，人们就可以看到在广场上的艺术展。手写识别技术是指通过
11、手写板等轨迹捕获设备获得书写者的书写信息，将手写字转换输入计算机。用户在手写板和触摸屏上书写的笔画以类似于矢量图的形式被计算机存储下来，通过对文字图像的抬笔、落笔、笔迹上各像素的空间位置等信息进行处理与对照，系统将数据转化为计算机所使用的文字代码进行输出。 手写汉字识别技术发展至今，无论在识别率（几个大厂商几乎都可以达到98%以上）还是识别速度方面都可以称之为相当成熟的技术了，完全能够满足实际应用的要求。 本课题综合运用LED显示屏和手写技术，设计了一款可以在3232LED点阵上写字的光笔，可以实现在点阵上书写，满足人们的手写输入需要。1.2课题设计的思路简介LED点阵可以实现扫描微亮和显示点
12、亮，用STM32控制，使LED点阵能逐点高速程控点亮熄灭，即工作在人眼不易察觉的扫描微亮情况下。当光笔在点阵上划过时，通过编程检测获得光笔所在位置的行列坐标，并记录行列坐标。运算之后点亮位置坐标处的LED，即实现了书写功能。光笔采用光敏三极管为核心设计制作完成，通过三极管感应光强的变化，从而引起电压变化获得光笔所在位置，实现点亮。在设计中，我们运用了4-16线译码器74HC154和锁存器74LS273来控制点阵的行和列，通过STM32的控制实现书写显示功能。同时，我们还设计了LCD液晶显示屏，来显示光笔位置的精确坐标。通过按键来实现系统不同的功能。1.3设计任务及要求本课题实现一种小型的光笔输
13、入装置，应达到以下要求：设计并制作一个规模为32x32的LED点阵,该LED点阵能逐点高速程控点亮熄灭；设计并制作一支光电感应画笔，画笔在LED点阵上随意移动，系统能实时捕捉画笔笔尖在LED点阵上的位置信息；LED点阵能显示出由画笔描绘的图案。系统结构如图表 1所示图表 1 LED点阵光笔系统结构示意图第二章 系统结构设计2.1系统的总体设计本设计主要由软件部分和硬件部分构成。根据课题要求，LED点阵光笔由主控模块、LED点阵模块、光笔电路、LED点阵驱动、LCD显示和按键电路等部分组成。系统框图如图表 2所示图表 2 系统框图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
14、大脑，控制着系统的所有输入输出、计算、判断与决策。“LED点阵光笔”检测精度要求高且数据存储容量大，选择适合的控制模块，能确保其快速实现稳定及达到系统要求的基本条件。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。时钟频率为72MHz，是同类产品中性能最高的产品。内置32K到128K的闪存，运行速度快、低功耗（在72MHz时消耗36mA(所有外设处于工作状态)，待机时下降到2 uA）、高集成度（集成了复位电路、低电压检测、调压器、精确的RC振荡器等），功能和性能都要比51系列强大很多。所以我们选择STM32为核心控制模块。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
