基于单片机的LED点阵书写显示屏的设计

陈爱萍，张 青

（湖南工程学院 电气信息学院，湘潭411101）

LED显示屏由于其亮度高、画面清晰、色彩鲜艳、使用寿命长、功耗低等，使得它在公众多媒体显示领域一枝独秀，应用广泛.

本文设计并制作了基于单片机的16×16点阵LED书写显示屏，在单片机的控制下，显示屏可工作在微亮扫描和高亮显示模式下；当光笔触及LED点阵模块时，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，也可整屏显示汉字和图形.

1 系统的硬件设计

系统主要由主控制模块、点阵及驱动模块、光笔、按键控制、液晶显示和电源等组成.系统总体框图如图1所示.

图1 系统总体框图

控制模块为整个系统的核心部分，由单片机最小系统组成.用于接收光笔送过来的脉冲信号，通过程序计算出探测到的脉冲所在点阵的坐标位置，并在外界辅助电路的控制下实现对整个系统的控制.主控电路如图2所示.

图2 主控电路

16×16LED点阵屏，由四块8×8的点阵LED显示屏小模块拼接而成，采用串口方式发送显示代码，用74HC595移位寄存器作为行驱动电路，列驱动电路用三极管.通过光敏三极管对点阵屏微亮扫描点进行采样，当检测到有光闪烁时，就会导通，产生一个脉冲信号，经比较放大后作为单片机的输入信号 .按键模块为四个独立式按键，用以控制在不同模式之间的切换、确认和数据的存储.当有按键按下时，给对应的I／O口提供一个低电平，供程序判断是否有按键按下，执行相应功能.

液晶显示模块可显示汉字和128×64字符及图形点阵.用以显示光笔检测到的坐标位置和程序在不同功能模块之间切换的指示.

电源采用外部9V的电源适配器接入系统，通过LM7805稳压输出5V电压供给单片机及各电路.

2 系统软件设计

如何精确判断光笔所在的坐标位置和高亮、微亮同时显示在LED点阵显示屏上，是本设计的难点.要实现“开机初始界面、点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、显示拖移”等显示和书写功能，并且在光笔时隔规定的时间内没有检测到微亮扫描信号时能够实现超时待机功能，系统软件总体流程图如图3所示.

图3 系统软件总体流程图

系统的软件分为主程序：延时程序、74HC595送数子程序、LED点阵显示程序、按键子程序、液晶显示程序.主程序用于调用各子程序模块，控制和实现整个系统的正常运行.液晶显示程序用于驱动液晶显示特定的内容信息，起到了人机交互界面的作用.定时器T0主要完成待机计时和处理、按键扫描和处理、各功能模块的切换及标志位的处理及缓冲区数据的处理和各功能模块液晶界面的刷新.定时器T1负责微亮扫描.当为笔画擦除模式时，则开启笔画擦除模式的微亮显示，为其他各功能模块时，则开启第二套微亮扫描.两套微亮扫描的开启和关闭受进出相应功能模块的标志位的控制.

外部中断0实现的功能有：待机恢复处理、行列扫描的切换、行列坐标的判断及存储和标志位的置位、点亮模式坐标的计算和数据存储、划亮模式和连写多字模式坐标的计算及存储和相应标志位的置位、显示拖动模式坐标的计算和数据存储.

3 系统调试

系统通电启动后，出现如图4所示的界面.

图4 开机启动界面

（1）在“点亮”模式下，当光笔接触屏上某点LED时，能即时点亮该点LED，并在控制器上同步显示该点LED的行列坐标值.

（2）在“划亮”模式下，当光笔在屏上快速划过时，能同步点亮划过的各点LED，其速度要求在2s内能划过并点亮40点LED.

（3）在“反显”模式下，能对屏上显示的信息实现反相显示.

（4）在“整屏擦除”模式下，能实现对屏上所显示信息的整屏擦除.

（5）在“笔画擦除”模式下，能够实现把点亮的笔画擦除.

（6）在“连写多字”模式下，能够连续手写输入多个汉字，并存储和显示出来.

（7）在“显示拖动”模式下，能够把显示的高亮信息，在光笔的控制下进行拖动.

（8）如果光笔在特定的时间内没有使用，能够实现超时待机功能.

通过试验调试，上述功能都能实现，效果非常好.

4 结束语

点阵显示屏一般通过连接上位机对其显示的内容和显示方法进行刷新和控制.本系统能对普通LED显示屏通过手写输入修改其显示内容，并附加“点亮”、“划亮”、“反显”、“整屏擦除”、“笔画擦除”、“连写多字”、“显示拖动”和“超时待机”等功能.

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