1、韶 关 学 院科研立项论文论文题目：L ED 书写点阵屏遥控器学生姓名：何广赢、刘润江学 号：09101071008院（系）：物理与机电工程学院专 业：电子信息科学与技术班 级：09 级 1 班指导教师姓名及职称： 洪远泉 讲师起止时间：2011 年 5 月 2012 年 5 月LED 书写点阵屏遥控器摘要本作品由两部分：一个为 LED 书写点阵屏，一个为 LED 点阵显示屏。LED 书写点阵屏以 12 单片机为核心，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
2、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。设计方案运用了 74HC164 驱动点阵的行和运用 74HC595 驱动点阵的列，通过单片机的控制实现各种显示功能。在书写功能完成后，加上无线发送模块，把书写的数据发送到 LED 点阵显示屏上。LED 点阵显示屏用于模拟 LED 书写点阵屏的遥控功能，通过接收书写点阵屏的数据，把数据显示出来。关键词：1616 点阵 LED 显示屏、单片机、74HC164、74HC595、光笔目录1 前言 .111 课题研究的
3、背景及意义 .112 项目创新点与技术指标 .12 项目的整体设计 .23 方案论证与比较 .23.1 核心控制模块 .23.2 光笔设计的方案选择 .33.3 人机交互模块 .33.4 定位方法 .34 系统硬件设计 .34.1 系统的总体设计 .44.2 单元模块的设计及参数计算 .4（ 1） 光 笔 的 设 计 及 单 元 参 数 的 设 计 .4（ 2） 1616LED 点 阵 的 连 接 及 驱 动 控 制 电 路 .4（ 3） 键 盘 的 使 用 及 设 计 .5（ 4） 无 线 收 发 模 块 A7125 .65 软件设计 .75.1 主程序流 程图 .75.2 子程序流程图 .
4、86 测试结果 .97 总结 .10参考文献 .11附件 .12实物图 .12电路 图 .1201 前言11 课题研究的背景及意义目前，国内的 LED 显示屏大部分是单显示型，其显示的内容相对较少，显示花样较单一。一般在产品出厂时，显示内容就已写入显示屏控制系统中的 EPROM 内，当需要更改内容显示内容十分困难，这样使该类型的显示屏使用范围受到了限制。国内的另一种显示屏可编程序型 LED 显示屏，虽然增加了显示屏系统的编程能力，显示内容和显示花样有所增加，但也存在着更换显示内容不便的缺点。随着社会经济的迅速发展，如今的 LED 点阵广告牌，都存在着显示内容丰富，信息量大、信息更新速度快等特点
5、。因此传统的 LED 显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。而 LED 书写点阵屏就能很好地突破这个问题，能进行实时更新，操作简单方便，不用重新编写程序以及烧录程序等繁琐步骤。除了书写单个字外，还可以进行反显、整屏擦除、笔画擦除功能，并具有数据存贮、多字连写、对象拖移等功能。用户只需通过操作界面，进入“连写多字”模式，把需要显示的内容写在显示屏上，进行存贮，然后再把显示的内容进行左移（或右移）显示，确定显示的内容后，把存贮的数据通过无线模块发送到另外一个 LED 点阵显示屏进行显示，从而实现无线控制 LED 点阵显示屏的功能。12 项目创新点与技术指标LED 书写点阵屏遥控器具
6、有以下创新点：（1）功能多样化。除了书写单个字外，还可以进行反显、整屏擦除、笔画擦除功能，并具有数据存贮、多字连写、对象拖移等功能；（2）实时更新内容。通过连写多字的功能，把存储的数据发送到 LED 显示屏上进行更新显示；（3）节能环保。光笔在连续二十分钟没有接触点阵屏，点阵屏自动进行休眠。LED 书写点阵屏遥控器的技术指标：（1）光笔在 LED 点阵屏接触一点时，要能返回该点的坐标（x,y） 。同时，要求在2S 内，能画亮 40 个 LED；（2）在“连写多字”功能下，能结合自选的擦除方式，在 30s 内在屏上以“划亮”1方式逐个写出四个汉字（总笔画数不大于 30）且存入机内，写完后再将所存
7、四字在屏上逐个轮流显示；在确定显示的内容后，把数据发送到 LED 显示屏进行显示，从而达到模拟远程遥控 LED 点阵显示屏（远程距离不超过 50 米） ；除了上述功能外，还具有对整屏的反显、整屏擦除以及笔画擦除。2 项目的整体设计设计并制作一个基于 1616 点阵 LED 模块的书写显示屏，其系统结构如图 1 所示。在控制器的管理下，LED 书写点阵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
8、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。在实现以上功能的基础上，在“连写多字”的模式下，把显示的内容写在 LED 书写点阵屏上，进行存贮，并把存贮的数据通过无线收发模块，发送到 LED 点阵显示屏上，控制 LED 点阵显示屏上的显示内容。3 方案论证与比较3.1 核心控制模块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 书写点阵屏”检测精度要求高且数据存储容量大，选择适合的控制模块，能确保其快速是实现稳定及达到系统要求的基本条件。2考虑到我们现有的材料和技术，我们使用 ATMEL 公司的 12 系列单片机。此系列单片机使用广泛，技术成
9、熟，调试方便，价格便宜，其运行速度和存储空间基本符合项目要求。所以，最终我们采用了 12 单片机。3.2 光笔设计的方案选择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：采用光敏二极管，有较好的高频特性，具有一定的可靠性，功耗低，响应速度快。方案二：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。综上分析考虑，我们采用光敏三极管作为光笔的检测部件。3.3 人机交互模块通过按键选择系统的“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移”等
10、书写显示功能，所以考虑到需要显示的信息量较多，我们采用了将常用的12864 液晶显示屏。经过仔细的论证与比较，决定系统个主要模块最终方案如下：微控制器模块采用 12 单片机最小系统；光笔模块采用光敏二极管；显示模块采用12684 液晶显示；点阵屏模块采用成品的 16*16 点阵模块。3.4 定位方法方案一：大多定位方法都采用一次定位（即检测到光就立刻把坐标的值进行存储） ，这样做的好处是定位快速，屏幕不会有闪烁的现象，但定位不是很准确很容易出现误判，而且受光是影响很大。方案二：采用三次定位的方法（即进行三次的判断） ，这样做可以大大减少误判的情况，坐标的定位准确率达到了百分之九十八以上，但有与
11、进行了三次判断使屏幕稍微有点闪烁的现象，影响不是很大。综上我们采用了方案二。4 系统硬件设计34.1 系统的总体设计本设计以 80C51 单片机为核心部件结合按键、12864 液晶显示、光笔检测及 LED 点阵驱动显示等部分组成。系统框图如图 2 所示：图 2 系 统 框 图4.2 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 计光笔检测模块电路原理图如图 3。Q1 为光敏二极管，经 R2 分压，将亮度信号转换成电压信号。光敏二极管在微亮下的电阻为 300K，当光笔检测到微光时，电压比较器LM393 的正输入端比负输入端低，所以输出为低电平，在没遇到微光时，
12、输出为高电平。通过改变 R5、R3 的阻值，改变电压比较器的负输入端电压，从而提高光笔的灵敏度。图 3 光 笔 电 路 图（ 2） 1616LED点 阵 的 连 接 及 驱 动 控 制 电 路通过 74HC164 驱动点阵的列和运用 74HC595 驱动点阵的行，再经过三极管进行电信号输出4流放大，电路图见附表电路图。图 4 74HC164控 制 LED点 阵 屏 的 列图 5 74HC595控 制 LED点阵屏的行（ 3） 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
13、作时才处理键盘程序。其电路如图 6 所示：5图 6 独 立 式 键 盘 电 路 图按键功能：按键一：实现各菜单功能的切换，其可以分别在点亮模式；画亮模式；连写模式；对象拖移之间切换；同时按键一还是可以实现从各个界面退回初始界面的的功能；按键二：确认键；实现进入各个界面的功能；按键三：光标移动按键，实现各个界面的选择；（ 4） 无 线 收 发 模 块 A7125图 7 无 线 收 发 模 块12864 液晶菜单模块MCU 控制芯片复位电路6A7125 模块 2M 的速率下,空旷地的距离为 50 米左右,1M 的速率下,空旷地的距离为80 米左右,A7125 使用 FSK 调变于 24002483
14、MHz 之间的 ISM Band；A7125 的控制接口为常见的 SPI，MCU 通过 SPI 控制 A7125 的输出功率，读写 FIFO，读取 8-bit Digital RSSI，以及传输速率等设定。项目中，无线模块 A7125 传输距离达到差不多 50 米。5 软件设计5.1 主程序流程图主程序采用了基于消息驱动的状态机软件设计思路，通过状态机来合理划分系统各工作状态，将原来复杂的问题简单话；并采用模块化的方法将各个功能细化。整个程序清晰、简单、可读性高、移植性强。系统菜单程序图下图 7 所示，通过划分不同工作状态，合理建立各状态模型。详细的程序功能流程图如图 8。图 8 系 统 菜 单 程 序 图
