書寫式LED點(diǎn)陣顯示屏的設(shè)計(jì)

摘要：本文設(shè)計(jì)了一套成本低廉，通過書寫筆可以輕松、簡(jiǎn)便地輸入信息并顯示的裝置，以單片機(jī)為微控制器，以32×32點(diǎn)陣LED組成顯示模塊，結(jié)合行、列掃描驅(qū)動(dòng)邏輯電路，編寫程序控制所有LED點(diǎn)工作在掃描微亮和穩(wěn)定點(diǎn)亮兩種狀態(tài)，用光敏三極管和比較器組成新型光筆，通過光筆檢測(cè)筆尖下方LED的掃描微亮光線使控制器進(jìn)入中斷并記錄當(dāng)前掃描點(diǎn)的坐標(biāo)編號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)信息輸入和LED屏顯示控制。所設(shè)計(jì)的LED顯示屏無(wú)需數(shù)據(jù)傳輸通信，以光筆書寫方式輸入信息，不需要觸控器件，能夠?qū)崿F(xiàn)2s內(nèi)劃亮40點(diǎn)滿足書寫流暢的要求，可廣泛應(yīng)用于需要頻繁更改發(fā)布內(nèi)容的廣告顯示場(chǎng)合。
關(guān)鍵詞：LED點(diǎn)陣顯示屏；光電書寫筆；微亮掃描；光敏檢測(cè)

0 前言
LED點(diǎn)陣顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像，動(dòng)態(tài)范圍廣，亮度高，壽命長(zhǎng)，工作穩(wěn)定可靠，已成為眾多顯示媒體以及戶外作業(yè)顯示的電子工具，廣泛應(yīng)用于車站、賓館、體育、金融、證券等廣告或交通運(yùn)輸行業(yè)。LED點(diǎn)陣顯示屏一般由四個(gè)主要部分組成：微控制器主控單元、譯碼驅(qū)動(dòng)電路、LED點(diǎn)陣電子屏、通信模塊。其中通信模塊通常是RS-485接口，甚至是GSM無(wú)線通信模塊，實(shí)現(xiàn)顯示屏與上位機(jī)的通信接收，顯示數(shù)據(jù)和發(fā)布信息。這種信息獲取方式需要聯(lián)機(jī)，有時(shí)不是十分方便，本文以2009年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽H題為要求，設(shè)計(jì)一套書寫式LED點(diǎn)陣顯示屏，通過手寫輕松、簡(jiǎn)捷地輸入顯示內(nèi)容。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
常見的書寫筆是基于觸控技術(shù)構(gòu)成的輸入設(shè)備，由觸摸屏和書寫筆構(gòu)成，觸摸屏有矢量壓力傳感技術(shù)、電阻技術(shù)、電容技術(shù)、紅外線技術(shù)、表面聲波技術(shù)五種類型，價(jià)格昂貴。由于LED顯示屏本身具有點(diǎn)陣光源，結(jié)合光電傳感技術(shù)設(shè)計(jì)新型信息采集輸入電路，可節(jié)省觸控模塊的材料費(fèi)用，同時(shí)亦可避免其透光差而影響顯示畫面的清晰度及長(zhǎng)期使用后出現(xiàn)坐標(biāo)漂移、影響使用精度等缺點(diǎn)。
書寫式LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)分為微控制器單元、X／Y軸掃描驅(qū)動(dòng)單元、LED點(diǎn)陣模塊和光筆傳感器單元等，結(jié)構(gòu)組成原理如圖1所示。系統(tǒng)中，1024個(gè)發(fā)光二極管以32×32的方式排列成LED點(diǎn)陣顯示模塊，工作于兩種狀態(tài)：a．由微控制器單元通過X、Y軸方向的掃描驅(qū)動(dòng)單元逐行、逐列地輪流短時(shí)間點(diǎn)亮每個(gè)LED，使整個(gè)LED模塊處于掃描微亮狀態(tài)；b．由微控制器根據(jù)顯示內(nèi)容譯碼成為行、列控制信號(hào)將信息構(gòu)成點(diǎn)穩(wěn)定點(diǎn)亮。兩種狀態(tài)由微控制器以微觀時(shí)間片分時(shí)完成，宏觀上同時(shí)存在。掃描微亮狀態(tài)下每個(gè)LED點(diǎn)亮?xí)r配以唯一的編號(hào)，書寫時(shí)，當(dāng)某個(gè)LED的掃描微亮光線恰好被靠近的光筆尖內(nèi)置光敏三極管檢得時(shí)，光電流經(jīng)脈沖比較整形電路輸出下降沿信號(hào)，引起微控制器中斷，由中斷程序識(shí)別筆尖靠近的LED編號(hào)，并記入內(nèi)存顯示緩沖區(qū)待微控制器在穩(wěn)亮狀態(tài)處理。

為了達(dá)到書寫流暢，設(shè)計(jì)在2s鐘內(nèi)劃亮40點(diǎn)，則任一點(diǎn)劃亮周期為50ms，這就是1024點(diǎn)的微亮掃描周期，以此計(jì)算得每點(diǎn)的掃描微亮?xí)r間大約為48 μs，這個(gè)時(shí)間由微控制器內(nèi)部定時(shí)器定時(shí)，由定時(shí)中斷服務(wù)程序完成LED編號(hào)和輪流點(diǎn)亮。微亮掃描時(shí)先從第1行開始逐列掃描，待第一行完成后再掃描第二行，以此類推直至掃描完最后一行再次循環(huán)。由于每點(diǎn)在50 ms重復(fù)點(diǎn)亮一次，只要光筆傳感器在某點(diǎn)停留時(shí)間超過50ms必將感應(yīng)到微亮光線而進(jìn)入中斷記錄該點(diǎn)坐標(biāo)。