1、1基于 TI单片机控制的 LED点阵书写显示屏设计摘要：本设计是以 TI 公司 MSP430F2274 单片机为主控制器，以光笔为检测工具，按键和带字库的 12864 液晶作为辅助设备的 LED 点阵书写显示屏系统。通过按键的设置可进入到系统的相应功能模式，以光笔来检测在 LED 点阵屏上接触的位置。从而实现点亮、划亮等功能，同时将通过划亮点的位置用带字库的 12864 液晶屏同步显示。关键字：MSP430F2274 单片机、LED 点阵屏、光笔1 方案选择1.1 主控制器的方案选择方案一：采用 AT89S52 单片机作为主控制器。AT89S52 单片机具有系统结构简单，具有单片机一般功能，性
2、能稳定，价格便宜等优点。但 ROM 和 RAM 存储器容量小，存储信息量少。且系统的频率只有 12MHZ，对于点阵屏扫描显示速度有些慢,会导致严重的闪烁停滞现象，也不具有低功耗睡眠状态，功耗较大。故不选用方案一。方案二：采用 MSP430F2274 单片机作为主控制器。MSP430F2274 单片机信息存储量大，系统频率高达 49MHZ，通过软件设计，可较好避免闪烁停滞现象，具有低功耗睡眠功能，可以节能省电。有 14 个中断源，以及内部集成有 AD、DA 转换器，资源丰富，有利于程序编写。根据设计要求，方案二更适合本系统，故选用方案二。1.2 点阵屏的显示方案选择方案一：串行方式显示。这种方式
3、可同时显示 4 个 1616 点阵汉字或 8 个 168 点阵的汉字、字符或数字。点阵显示屏每个单元由 16 个 88 点阵 LED 显示模块，列信号选择译码器74HC154 和行信号选择 74HC595 组成。单元显示屏可接收控制器或上一级显示单元模块传输下来的数据信息和命令信息，并可将这些数据信息和命令信息不经任何变化地再传到下一级显示模块单元中，因此显示屏可扩展至更多的显示单元，用于显示更多的内容。采用串行方式显示，占用的 IO 口较少，不用扩展。通过实验，采用串行方式显示效果比较稳定。故采用方案一。方案二：并行方式显示。可以通过锁存器芯片扩展 IO 口，达到控制 LED 点阵的 64
4、个列线的目的，方案中运用 16 片锁存器 74HC573 来组成 8 组双缓冲寄存器，驱动 LED 点阵的 8 组列线，用 4/16 译码器 74HC595 对 LED 点阵的 16 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 送脉冲，数据一起输出列LED 点阵列出，文字左右移动比较容易控制。并行方式比串口方式显示稳定，但制作 3232点阵采用并行方式显示，需要扩展 IO 口较多，电路较复杂。故不采用方案二。1.3 显示电路的方案选择方案一：采用 LED 八段数码管显示。数码管的亮度高，格价便宜，但
5、只能显示数字和字母，并且占用控制器的资源多，显示信息量少。方案二：采用带字库的 12864 液晶显示。12864 液晶屏，亮度高，可显示数字、字母、汉字图片，显示信息量大，采用串口通信，占用 IO 口少，性能较稳定。显示数据更加美观、大方、清晰，加上文字显示对数据显示进行说明，更加直观，便捷。故采用方案二。2 系统电路设计2.1 系统总方框图2图 2.1 系统总框图2.2 理论分析与计算2.2.1 光笔选取与参数设计光笔选用 3DU33 光敏三极管作为感应检测电路，检测电压改变量约为 100mV，经 8050 和9013 晶体管放大，再经 CD40106BE 施密特触发器整形，输出的电压信号幅
6、度可达 3V。而且脉宽较窄，利于单片机检测信号。2.2.2 点阵屏驱动参数设计点阵屏单点正向工作电压 1.8V，电流 810mA。行驱动电路采用 74HC595 芯片控制，列驱动电路采用 74HC154 芯片以及 8050 晶体管控制，可使点阵屏正常工作。可测得点阵屏的总功率约为 1.84W，总电流 1024mA。2.2.3 屏亮自动调节设计屏亮自动调节是由点阵屏扫描频率决定。当扫描频率较高时，点阵屏处于微亮状态。频率较低时，点阵屏会变亮。当频率太低时，点阵屏会很亮，但会闪烁。频率太高时，点阵屏的亮度会很弱，效果较稳定。2.2.4 超时关显示节电设计超时关显示节电是利用单片机的省电模式来实现的
7、。程序员们往往会利用省电模式，使单片机更省电。当超时未操作时，利用单片机内部的定时器，设置进入省电工作模式的时间。2.3 系统单元电路设计2.3.1 点阵屏列驱动电路设计点阵屏的列驱动单元电路由 2 块 74HC154 芯片组成。点阵屏列驱动单元电路原理图如右图图 2.2 所示。U1 控制 L1L16 列线，U2 控制 L17L32 列线，两块 74HC154 芯片四个输入端并联分别用 P4.0P4.3 口控制。P3.4 为 U1 片选信号，P3.5 为 U2 片选信号。在电路中，电阻限流起作用，三极管起电子开关作用。 2.3.3 点阵屏行驱动电路设计点阵屏的行驱动电路 4 块 74HC595
8、 芯片级联而成，如右图 2.4 所示。用 P3.2 控制第 14 脚DS 串口数据输入端，P3.1 控制第 12 脚 ST_CP 数据存储寄存器控制端，P3.0 控制第 11 脚 ST_CP数据移位控制端。P3.4 控制前半屏片选信号，P3.5 控制后半屏片选信号。输出端与 8050 三极管的基极连接。发射极接点阵屏行线。电阻限流作用，三极管起电子开关作用。其电路原理图如图 2.3 所示。 3图 2.2 点阵屏列驱动原理图 图 2.3 点阵屏行驱动原理图2.3.4 光笔检测电路设计光笔采用 3DU33 型光敏三极管检测点阵屏发光的强弱变化电压信号，经过 8050 三极管放大后输出。此时检测到的
9、电压变化信号仍然很小，只有 100mV 左右。单片机仍无法识别电压变化信号，但能很好的感应点阵屏亮度的变化，为单片机对亮度的检测提供基础。光笔检测电路原理图如右图 2.4 所示。图 2.4 光笔检测原理图 3 系统软件设计3.1 主流程图44 系统测试4.1 测试设备秒表、直尺、数字万用表。4.2 测试方案与测试结果点亮测试方案与测试结果：将光笔在点阵上任意画点，通过液晶屏观测显示亮点的坐标与实际坐标。测量结果如下表：次数点数 第一次 第二次 第三次测量点坐标 （16，16） （17，17） （18，18）实际点坐标 （16，16） （17，17） （18，18）划亮测试方案与结果测试：用光笔
10、在点阵屏上任意画线，同时用秒表记录在 2 秒内点亮的LED 的总个数，并记录发生偏移亮点的个数。测量结果如下表：次数点数 第一次 第二次 第三次点亮的总个数 20 21 22发生偏移点的个数 3 4 34.3 测试结果分析与改进测试结果表明，点阵屏的基本功能能够实现，但显示亮点总会发生轻微的偏移。这是因为光笔检测频率较低，响应有点慢，另外点阵屏光笔的感应太过灵敏，会出现误断。光笔检测频率低，有待于改进。参考文献（1）谢自美.电子线路设计.实验.测试(第二版）.武汉：华中科技术大学出版社，2000 （2）沈建华.MSP430 系列 16 位超低功耗单片机原理与实践.北京航空航天大学出版社,2008（3）孙肖子. 实用电子电路手册（模拟分册）.北京：高等教育出版社，1992（4）黄智伟. 全国大学生电子设计竞赛训练教程. 北京：电子工业出版社，2005（5）谭浩强. C 语言程序设计(第二版). 北京：清华大学出版社，2000
