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 2目录目录 .2摘要 .4Abstract.5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 .
2、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 .113.2 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 74LS
3、273 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 .2634.4.3 原理简图 .264.5 键盘的使用及设计 .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 .3
4、0致谢 .31参考文献 .32附录：电路图 .334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
5、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 74HC1545AbstractThis topic design and made a pen of LED dot matrix based on STM32, can achieve writing through light pen in 32 X32 of LED dot matrix, and show in the LED dot matrix, satisfy the people
6、s 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 control light put out. Homemade a photoelectric sensor brush, brush when in of LED dot matrix on the move, the system can real-tim
7、e 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 design including: light pen design, 32 32 of LED dot matrix connection, 32 32 of LED dot matrix of the drive control circuit, displa
8、y 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 matrix, through the STM32 control achieve display function.Keywords：LED dot matrix Light pen STM32 74HC1546第一章 绪论1.1 课题的背景和意义随着计
9、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 ， 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
10、 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
11、济的许多领域。LED 显示屏主要应用领域为广告业，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
12、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
13、们的手写输入需要。71.2 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
14、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8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
15、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9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)，
16、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
17、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。2.2.3 点阵屏设计点阵屏采用 16 块 8 X 8 的点阵，连接成一个 32 X 32 的点阵，将每一行对应的引脚相连，使每一行的 32 个 LED 灯相连，每一列的 32 个 LED 灯相连。将点阵的驱动电路设成两种状态，一种为正常电压，可以正常显示；另一种通过硬件电路调节恰好能使点阵处于微亮状态。当书写前，点阵
18、处于微亮扫描状态，光笔划过后，正常显示划过的点，结合软件实现点阵的正常显示。这样节省了资源的同时，也节约了时间。2.2.4 LCD 显示设计采用 LCD 液晶显示器来显示光笔的精确位置，使系统更直观。LCD 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。采用 1602A 液晶显示器，焊接电路时较为方便。2.2.5 按键设计系统采用四个独立式按键来实现不用功能之间的切换。独立式键盘，简单，使用方便。能很好的完成设计要求。102.3 系统作用本设计的主要作用是通过 STM32 来控制点阵和光笔，实现手写输入的功能。想要实现此功能，就需要对软件部分、硬件部分有很多的了解。其中软件部分通过 C 语言在KeiluVision4 中 编译完成，硬件部分由 STM32、74HC154、74LS273、LED 点阵、光敏三极管、LCD 液晶显示屏和独立按键等部分完成。本设计的关键是完成 LED 点阵和光笔的设计，这样就能实现手写输入的功能。
