基于单片机STC11F32的LED点阵书写显示屏的设计

2011年10月第22卷第5期照明工程学报

ZHAOMINGGONGCHENGXUEBAOOct．2011Vol.22No.5

基于单片机STC11F32的LED点阵书写

显示屏的设计

王海燕

高之圣

徐江海

223003）

（淮安信息职业技术学院，江苏淮安

摘

要：本系统以高速单片机STC11F32为核心，设计并制作了一个基于32×32点阵LED书写显示屏。能够实现

扫描微亮和显示点亮两种工作模式，通过自制光笔实现“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，同时该显示屏还具有坐标显示，能够根据环境光强弱的变化，自动调节显示屏上的亮度，系统还具有休眠功能。关键词：STC11F32；LED点阵；光笔

DesignofLEDLatticWritingDisplayScreenBasedonChip

MicrocomputerSTC11F32

WangHaiyan

GaoZhisheng

Abstract

ThissystemfoundedonSTC11F32，designedandproduceda32×32latticeLEDwritingdisplays．ItcanrealizetwoworkmodesofscanningWeiLianganddisplaywiththelightpenby“light，scratched，reverse，completederase，strokeerase，objectdrag”andsoon．Thisscreenalsoshowsthecoordinate．Itcanadjustthescreenbrightnessautomaticallyaccordingtothechangeoftheenvironmentlight．Besides，thesystemhasthesleepmode．

Keywords：STC11F32；LEDDot-Matrix；lightpen

XuJianghai

223003）

（HuaianCollegeofInformationTechnology，JiangsuHuaian

1引言

LED点阵电子显示屏制作简单，安装方便，被

广泛应用于各种公共场合，但是这种电子显示屏只能做单一的“显示”作用，显示内容的更改、擦除等功能的实现都要在上位机上实现。能否用LED点阵显示屏实现“书写”功能，本文基于这一想法，设计并制作一个基于32×32点阵LED模块的书写显示屏，基本结构如图1。

主要采用STC11F32单片机为主控制器，通

过自制光笔在屏上实现“点亮、划亮、反显、整屏擦

功能。

图1

LED点阵书写显示屏系统结构示意图

除、笔画擦除、连写多字、对象拖移”等书写显示

系统框图如图2所示

：

2

2.1

设计方案论证

光笔设计方案

光笔设计是本课题设计的关键之一，需要有很

高的灵敏度和快速的响应时间，需要选取合适的光电传感器和检测电路。

方案一：采用光敏电阻作为光电检测传感器，结构简单、使用方便、成本低，但光敏电阻的响应时间较长。

方案二：采用光敏二极管，与光敏电阻相比有较快的响应时间。

方案三：采用光敏三极管，其工作原理与光敏二极管相似，光敏三极管对电信号还有放大的功能，响应时间快，灵敏度更高。故选择光敏三极管作为光笔的检测部件。2.2

点阵驱动方案设计

要实现手写显示功能，需要识别光笔划过的点的坐标，需要对行和列都进行编码扫描，才能确定坐标点，用译码器的输出作为行和列的控制信息。译码器选用低功耗高速芯片74HC154，74HC154是4～16译码器，可以减少电路之间的连线。2.3

控制芯片的选择

控制芯片是系统的核心，光电检测、点阵驱动等功能的实现都由其完成，因此选择合适的控制芯片是设计的关键。

方案一：使用51系列单片机。51单片机应用广泛，比较熟悉，但运算速度相对较慢、内部数据存储器空间较少。

方案二：使用ARM或FPGA。它们运算速度、控制功能都比较强大，但成本较高。

方案三：使用STC系列单片机。该系列单片机与51单片机完全兼容，在同样时钟频率条件下运行速度是51单片机的12倍，内部最大RAM空间达1280B。

从成本和使用熟练情况来考虑选择方案三，设计中使用STC11F32，内部RAM1280B，程序存储器32KB，完全满足本课题设计需要。

图3

光笔电路原理图2

系统框图

3.2单元模块的设计及参数计算（1）光笔的设计

光笔电路如图3所示。其基本原理是U1B、

R2、R3构成一恒流源，I=Vcc/R2=5/1000=5mA，光敏三极管通过触碰开关S与R3并联，S断开时光敏三极管不起作用，U1B输出一固定电压，当S闭合并有光照时，光敏三极管与R3并联，并联的电阻将减小许多，使U1B输出减小，U1B的输出作为U1C的输入，U1C和R4构成一个比较器，U1B的输出变化时将引起比较器翻转。当光笔在显示屏碰触闭合，遇到光点时比较器有翻转信号输出，送给单片机识别

。

（2）32×32LED点阵的连接及驱动控制电路32×32LED点阵的行信息控制用2片74HC154，构成5—32译码器，单片机口线控制其译码输出。列的微亮扫描、点亮也分别用2片74HC154，4个片选分别单独控制，微亮扫描（2.5V）、点亮（5V）电源分别通过三极管构成的开关加到点阵的列控制端。由于整屏显示是1024个灯循环亮，为提高显示亮度，限流电阻取51欧姆，电路如图4所示。

微亮扫描时流过LED的电流为：（2.5－1.8）/

3

3.1

系统硬件设计

系统的总体设计

图4

点阵及其驱动电路

子的饱和电流，使三极管饱和导通，使继电器吸合，5V电源通过继电器触点供给包括显示电路在内的其他电路；当超时进入休眠状态时，单片机口输出高电平，三极管截止，切断后级电路电源。

4

图5

超时关显示

系统软件设计

主程序

主程序包括系统初始化，点阵扫描控制，液晶

4.1

51=13.7mA

点亮点阵时流过LED的电流为：（5－1.8）/51=62.7mA

（3）显示电路部分功能及原理

液晶显示电路如图6所示。用三位口线分别作为液晶显示模块的片选（/CS）、写控制（/WR）、数据线（DATA）。

（4）光照检测与显示亮度调节电路

基本原理是用LM358与光敏电阻构成一恒流源电路，该恒定电流流入光敏电阻，当光敏电阻在强光状态下，其亮阻很小，其上压降较低，通过电位器向9012基极输出较低的导通电压，LED屏发光强度达到最大状态；反之，当光敏电阻处于较暗状态下，其暗阻较大，光敏电阻上压降较大，送到9012基极电位较高，导通程度降低，LED屏发光强度随着光照强度逐渐降低。

（5）超时关显示电路

超时关显示电路如图5所示。用单片机的一个口控制三极管的导通和截止，三极管基极电阻2K，在正常工作时口输出低电平时，基极电流远大于管

、“擦除”等功能下数据处理程显示，以及“反显”

序，流程图如图6a所示。其中点阵扫描控制程序，微亮扫描控制由单片机口控制对以译码器的片选和地址输入，使点阵按行列有规律地循环点亮，由图4知点亮显示的列控制信息译码地址与微亮连接在一起，控制点亮的工作过程是通过判断点阵显示缓冲内容对应位的信息，控制其片选，当需要点亮时，控制片选有效，反之，控制片选无效，利用微亮扫描过程实现点亮控制。4.2

外中断0服务程序（坐标检测）

外中断0是作为光笔的检测使用，由图3知，光笔碰触显示屏过程中，遇到发光点输出翻转的跳变信号，送给单片机中断，作为中断的触发信号，由于中断程序优先执行，打断微亮扫描过程，在中断服务程序中根据此时的行列扫描的序号，就可判断光点的坐标，进而为其他功能的实现提供依据，流程图如图6b所示。4.3

外中断1服务程序（按键处理）

外中断1为按键操作处理程序，按键功能前已

述及，故略

。

5结论

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