黄小容

（广东海洋大学寸金学院，湛江　524094）



基于单片机的LED点阵书写显示屏设计路径研究

黄小容

（广东海洋大学寸金学院，湛江524094）

摘要：系统利用LED显示屏本身具有点阵光源，结合光电传感技术，采用单片机为核心，结合光笔和点阵显示屏，设计一个32×32 LED点阵模块的书写显示屏。

关键词：LED点阵；显示屏；单片机；光笔

0　引言

LED显示屏的制造不仅涉及光学，而且还利用了人眼生理特性，不同颜色的光线给人的感受也不同，人眼能分辨不同颜色是因为视网膜中有3种不同的视锥细胞[1]。LED点阵显示屏是随着计算机及相关的微电子、光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。LED显示屏已成为信息传播的重要手段之一，以及现代信息化社会的一个闪亮标志[2]。系统设计一套书写式32×32 LED点阵显示屏，通过手写轻松、简捷地输入显示内容。

1　系统的工作原理

系统以STC90C58AD单片机为微控制器，结合74LS377和TIP127设计行、列扫描驱动逻辑电路。32× 32点阵LED组成显示模块，编写程序控制所有LED点工作，用光敏二极管和LM358比较器组成新型光笔。光笔作为接收器，通过光笔检测笔尖下方LED的扫描微亮光线使控制器进入中断并记录当前扫描点的行列坐标编号。然后经过三极管放大，再经过反向电阻，输入到单片机，实现显示屏从微亮到人眼可看见的亮度、点亮、划亮、反显、整屏擦除、连写多字、移动等书写显示功能[3]。

2　硬件电路设计

LED点阵显示屏系统主要由微控制器主控单元、光笔模块和点阵显示模块组成，系统硬件框图如图1所示。

控制模块中采用单片机STC90C58AD最小系统。该最小系统可以进行在线下载、仿真和调试,在实际生活中比较常见。

光笔模块利用光敏电阻的光电特性，实现微亮检测功能[4]。光笔反馈信号经放大器LM358比较后，送给单片机处理。然后通过显示屏微亮扫描寻找坐标值，确定点亮LED。

图1　系统组成框图

3　 32×32点阵显示屏设计

LED点阵显示屏采用的是16块8×8的LED点阵显示屏组成32×32的LED点阵显示屏。点阵显示屏由16个8×8点阵单元LED显示模块组成，其行列信号控制均由锁存器74LS377进行并行传输。这是LED显示屏动态扫描驱动。8×8共阳单色LED显示模块的扫描控制电路。电路采用74LS377为带使能的8D锁存器，产生扫描所需的行选信号，即在所选中行的LED的阳极都加以高电平，但是在电路设计中，在74LS377和LED模块之间还要加上型号为TIP127三极管，以产生足以驱动LED发光管的电流。74LS377为8位串行转并行器件，它输出每列发光管的数据信号。74LS377可以看作是一个移位寄存器和一个锁存器，当输入一个移位脉冲SH，串口从输入端移入数据，输出端移出一位数据，而当输入一个锁存脉冲ST时，器件内的8位数据就被锁存到并行输出Q0-Q7上。

3.1点阵驱动电路设计

系统中的LED器件的驱动为扫描驱动。扫描驱动设计采用数字电路，轮流导通LED器件，达到节省驱动电路的控制[5]。

3.2显示屏驱动设计

一般来说，点阵显示屏控制驱动一般有三种方式，分别为高度集成专用芯片的应用、串行控制驱动方式和并行控制驱动方式。

并行控制驱动方式就是显示数据的是通过并行（32位）方式送入点（列）驱动电路。在并行控制驱动方式下，选用带有使能端的8D锁存器74LS377与TIP127，采用首位相连的方式将控制、驱动一并形成。该设计对控制信号的级联驱动。

3.3行和列控制驱动设计

LED显示屏显示方式根据驱动方式的不同可以分为静态显示和动态扫描显示两种。静态显示指画面的更新必须要有新的数据输入；动态扫描显示指实时对画面进行更新[6]。本文采用动态扫描方式。

3.4屏亮自动调节设计

屏亮自动调节设计采用光敏电阻和LM317（三端可调正电压稳压器）实现屏亮自动调节。而光敏电阻的阻值在不同光线照射下也不一样。根据此原理，光敏电阻与LM317可调电阻并联时，可以输出不一样的阻值[4]，用来调节亮度。

4　软件设计

在32×32LED点阵显示屏上实现点亮、划亮、反显、整屏擦除、连写多字、对象移动等功能，点阵显示主程序流程图如图2所示。

图2　系统流程图

光笔接近LED显示屏某点时，光电检测原件捕捉到扫描到此时的光信号，程序进入外中断子程序。由程序判断不同的功能状态，实现不同的功能。每一种功能为独立的模块，可由功能选择按键进行切换。

例如当功能按键选择连写多字模式时，在点阵显示屏上书写“中国”两字，连写完成后“中国”效果图如图5（a）所示；当按键选择反显功能时，对象“中国”二字的反显如图3（b）所示。

5　结语

系统利用STC90C58AD、74LS377和TIP127对LED进行点亮，通过光笔进行书写定位，实现显示屏从微亮到人眼可看见的亮度、点亮、划亮、反显、整屏擦除、连写多字、移动等书写显示功能。设计原理科学，构思巧妙，具有较强的可扩展性和应用性。

图3　显示功能图

参考文献：

[1]尤洁.基于FPGA控制的地面显示步态校正系统设计[D].大连理工大学硕士论文，2007

[2]卜登立.多路模拟开关CD4067在LED点阵显示屏中的应用[J].微电子学与计算机, 2006,23（8）:53-54

[3]田相鹏，李伟，余敏.基于单片机和CPLD的LED点阵书写显示屏设计[J].工业控制计算机，2011,24（10）:89-90

[4]黄舒.基于PIC单片机的LED点阵手写屏设计[J].世界电子元器件，2010:67-69

[5]董永英.基于SOPC的LED显示屏控制系统[J].中国科技信息,2009，（18）

[6]万冬.大型LED显示屏系统的设计与实现[D].天津大学硕士论文,2007

黄小容（1989-），女，广西玉林人，研究生硕士

Design Path of LED Dot Matrix Writing Display Screen Based on Single Chip Microcomputer

HUANG Xiao-rong
（Guangdong Ocean University Cunjin College, Zhanjiang 524094）

Abstract：LED display has a lattice light source, combined with photoelectric sensing technology that is used in system, which is used single chip as the core, combined with the light pen and dot matrix display, design writing display a 32×32 LED dot matrix module.

Keywords：LED Dot Matrix; Display; Single Chip; Light Pen

收稿日期：2015-12-24修稿日期：2016-03-03

作者简介：

文章编号：1007-1423（2016）09-0080-03

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.09.020