1、论文首页论文编号：H乙6702参赛题目：LED点阵书写显示屏参赛学校：山东华宇职业技术学院参赛队员姓名：庄华 孙文杰 徐亚静联系方式：1515340143522009 年 H 题 LED 书写点阵显示屏山东华宇职业技术学院 庄华 孙文杰 徐亚静摘要 本设计以 AT89S52 单片机为核心，辅以必要的外围电路利用汇编语言编程，通过键盘上不同的键的控制和光笔的点划等不同的操作实现“点亮、划亮、反显、整屏清除、笔画擦除”等不同的效果。先通过键盘选择功能模式，然后通过光笔的光敏电阻产生高低电平进而产生中断使单片机响应中断确定坐标控制点阵的显示想要显示的内容或是响应对动作的要求，比如说整屏清除或整体拖动
2、等。使静态的点阵“活”起来。关键词 光笔 中断 坐标 点阵 显示屏 3一、 系统方案（一） 、系统设计方案本系统以单片机为控制中心，通过键盘选择工作模式，然后通过光笔对光的检测产生高低电平引发单片机的中断。经单片机的处理后通过 LED 显示出来。流程图如下： 图 1 系统流程图为实现各模块的功能，分别作了几种不同的设计方案并进行了论证，我们选择了较好的方案实现。（二）各模块方案选择和论证1、显示部分方案一：串行扫列并行扫行。 （如图 1、2）点阵此方案为点阵显示屏系统中比较常用的，所用器件也比较常用，容易买到。并且还可以减少数据口的使用。当都用串行口势必会影响扫描的速度，所以使用串行加并行的方
3、式既可以减少 i/o 的使用还在速度上有了保障。图 1 列并扫4图 2 行串扫 方案二：并行方式显示。可以通过锁存器芯片来扩展 IO 口，达到控制 LED 点阵的 32 个列线的目的。运用 16 片锁存器 74HC573 来组成 8 组双缓冲寄存器，驱动 LED 点阵的 4 组列线，用4/16 译码器 74HC595 对 LED 点阵的 16 行进行扫描。在送每一行的数据到 LED 点阵前，先把数据分别送到第一级的 8 个 74HC573，然后再给第二级的 8 个 74HC573 送锁脉冲，数据一起输出到 LED点阵列中。虽然并行数据传输速度比串行快但由于考虑到在一片单片机上进行操作考虑到这样
4、比较浪费接口资源所以综上所述采用方案一。3、光笔部分方案一：采用光敏电阻 光敏电阻响应速度慢，且容易受其他光源的干扰。光敏电阻器对光的敏感性与人眼对可见光的响应很接近，人眼可感受的光，会引起它的阻值变化。设计光控电路时，用白炽泡光线或自然光线作控制光源，而本设计采用 LED 发出的微光作光源，灵敏度不高。方案二：采用光电二级管 光敏二极管的峰值按材料不等对于红外光是光敏二极管更敏感。光电二极管一般有两种模式工作：零偏置工作和反偏置工作。事实上，在反偏置条件下，即使无光照，仍有一个很小的电流而在零偏置时则没有暗电流，这时二极管的噪声基本上是分路电阻的热噪声；在反偏置时，由于导电产生的散粒噪声成为
5、附加的噪声源。图 9 光电二极管的工作模式一般来说，被测信号都比较微弱，因此，暗电流的影响一般都非常明显。本设计由于所讨论的待检测信号也是十分微弱的信号，所以，摒弃该方案。方案三：采用光敏三极管5光敏三极管相当于在光敏二极管的基础上再增加了一个放大三极管。基极开路，基极 - 集电极处于反偏状态。当光照射到 PN 结附近时，由于光生伏特效应，产生光电流。该电流相当于普通三极管的基极电流，因此将被放大（ 1+ ）倍，所以光敏三极管具有比光敏二极管更高的灵敏度。光敏三极管对入射光信号的反应速度，一般为 1 X 10-3- 1 X 10-7S 。综上所述在该模块中使用光敏三极管更符合使用要求。所以选择
6、方案三。4、显示部分方案一：LED 数码管显示：静态显示显示比较稳定，在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大，系统运行过程中，在需要更新显示内容时，CPU 才去执行显示更新子程序，这样既节约了 CPU 的时间，又提高了 CPU 的工作效率。我们通过串行输出的方式，使显示输出口只占用一个 I/O 口，且性价比高，既节约了 I/O 口，也能实现本设计需要的显示功能。方案二：液晶显示：1602 液晶：具有厚度薄、体积小、重量轻、功耗低、显示质量高等优点，一般并口输出需占用大量的接口资源， ，造成接口不够用而当用串行输出时增加了成本，造成性价比下降。这样违背了竞赛的原则，所以此种法案不适合本设
7、计。故选择方案一的 LED 静态显示。二、 理论分析与计算光笔选取与参数设计光敏三极管把光的变化转化为发射极微电流的变化。然后通过一个高频三极管再进一步把电压放大，电压的放大之后再用射极跟随器进行输出电流的放大以提高输出功率，被放大的信号波形就反映出了点阵屏上光亮的变化。现在的波形属于模拟信号，需要经过电压比较器转换成数字信号，即高低电平两种状态。也就是说模拟信号电压大于基准参考电压时输出为高电平，模拟信号小于基准参考电压时输出为低电平。从而把光的变化转化为单片机可以接收的高低电平。而该方案的新颖之处在于：波形显示的是点阵屏上一点扫描微亮的时间。也就是该光笔只响应有强弱变化的光源从而出去了自然
8、暗光对光笔的干扰。示波器显示波形如图四所示：6图四 光笔检测脉冲图由图可知：低电平脉宽为 1.818us,完全能够单片机外部中断口 INT0 产生中断。点阵屏驱动参数设计行用的 74HC154 译码，两个 74HC54 构成 5 线 32 线译码器。然后加上电阻和 PNP 的三极管进行行驱动（见图 2） ，而列驱动用了 4 个 74HC595 级连进行驱动（见图 1） 。这样串并口结合既可以节省 I/O 的资源又保证了扫描速度。屏亮自动调节设计屏亮采用恒流驱动，所以屏亮自动调节主要靠光敏电阻来采集光线的强弱在经过 ADC 转换成数字量以后由单片机处理后调节 PWM 的脉冲宽度实现屏亮自动调节。
9、超时关显示节电设计利用定时器定时和计数的配合来规定一个时间段（加软件控制）如题目中要求时间。如在定时时间内有中断脉冲出现则定时器和计数器复位，再重新开始延时。如果在规定时间内没有外部请求的中断信号，则去执行相关子程序。同时把一些外围硬件的电源关断，从而进一步达到节电的效果。三、 电路与程序设计（一）电路设计电路设计可分为以下几个模块：（1） LED 数码显示图 7 LED 显示电路图（2） 点阵显示：7图 5 点阵显示电路图（3） 外部扩展 RAM（3）图 6 外部扩展 RAM 电路图（4）键盘按键图 8 按键电路图（5） 光笔光笔的原理图参见图三（二）程序设计：8微亮子程序SERVE保护现场
10、获取行列坐标得出列码值列码送入相应缓存区恢复现场 中断返回SLIGHT送行选择码值送列码存储行列坐标值逐点扫描等待中断返回9中断子程序亮显子程序四、 测试方案和测试结果测试方法通过按键在不同的工作模式下实现了不同的效果。一次性划亮四十个点以上用时不超过 2 秒，可以点亮每一个点。用按键调至反显状态下。用光笔划过的地方不亮而未划过的地方高亮。擦除效果非常之好。在高亮状态下选中要拖动的目标进行拖动可整体移动。当改变外部环境的光线强度时点阵屏的亮度可自动调节。在五分钟之后不对点阵屁股进行任何操作时会自动进入节电状态。测试结果分析通过一个模块一个模块的调试效果非常之好。划亮的效果一次性成功。还有其他效
11、果也令人非常满意。在整体拖动时向左拖动了四个点目标整体平移了四个点。在进入节电模式下使整个系统进入休眠状态，此时系统工作电流为 4.8mA，小于 5mA。上述数据说明结果达到了题目的要求。五、总结经过紧张的四天三夜的奋力拼搏，与小组其他成员的通力协作，终于完成了实验项目。在本次设计的过程中，我们遇到了各种困难。由于一时疏忽在级连 595 时把最后一个 595 的管脚竟接了起来，但通过团队的仔细分析我们终于解决了所有问题，取得了圆满的结果。经过此次电子大赛让我们对电路的设计、调试有了深刻的印象。同时也深刻的体会到了团队精神的重要性，提高了我们解决问题的能力，设计中还有欠缺的方面，今后的学习工作中
12、会加以注意。六、参考文献童诗白 华成英、 模拟电子技术基础 北京：高等教育出版社 2004 杨志忠. 数字电子技术 高等教育出版社. 2000 年DIAPLAY缓冲区提取列码值串口方式 0列码发送到相应行换行再次发送列码返回10赵继文 传感器与应用电路设计 北京 科学出版社 2002 年王润辉 单片机接口技术 北京师范大学出版社 2006 年吕权 现代传感器原理及应用 北京 清华大学出版社 2006 年七、附件测试结果LED 点阵显示屏 功能 完成情况点亮 完成划亮 完成反显 完成基本部分整屏擦除 完成笔画擦除 完成连写多字 完成对象拖移 未完成自动调节亮暗 未完成超时关显示 完成发挥部分其他 未完成源程序： HM EQU P2LDATA EQU P3.0LSCLK EQU P3.1 LRCLK EQU P3.4LOE EQU P3.5 ZDATA EQU P0.1ZSCLK EQU P0.2ZRCLK EQU P0.3ZOE EQU P0.4 ;可以固定接地HZB EQU 20HLZB EQU 21HRZB EQU 22H HZB0 EQU 23HHZB1 EQU 24HLZB0 EQU 25HLZB1 EQU 26HORG 0000HSJMP MAINORG 0003H ;INT0SJMP GBORG 0013H ;INT1RETI
