任全會，黃根嶺

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

近年來，隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，點陣LED顯示屏已廣泛應(yīng)用于金融行業(yè)、郵電行業(yè)、體育館、廣告業(yè)等各種廣告發(fā)布和信息顯示系統(tǒng)，成為信息傳送的重要手段。本文介紹的LED書寫點陣屏，不但可以像普通顯示屏一樣作為信息輸出設(shè)備，而且可以通過光筆直接在LED顯示屏上進行信息輸入，普通的顯示屏也具有“手寫”的功能了。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，由鍵盤與顯示模塊、光筆模塊、LED點陣屏模塊、STM32控制模塊、電源模塊五部分組成。

圖1 總體方案方框圖

1.1 核心控制模塊

本系統(tǒng)以STM32F103VCT6為控制核心。STM32是32位微處理器，具有低功耗，中斷延遲小，高性能等特點。STM32處理器采用了指令預(yù)測和流水線技術(shù)，它的取指、譯碼和執(zhí)行是同時進行的，分支預(yù)測給流水線提供連續(xù)的指令流，流水線可以不斷地執(zhí)行有效指令，因此STM32的速度比8051快得多;STM32處理器內(nèi)部集成鎖相環(huán)可實現(xiàn)最大72MHZ的工作頻率，為實現(xiàn)高速的系統(tǒng)響應(yīng)(高速的掃描)提供了基礎(chǔ);其內(nèi)置的兩個看門狗定時器(獨立看門狗和窗口看門狗)使系統(tǒng)更加穩(wěn)定［1］。STM32F103VCT6有1個12位的us級的A/D轉(zhuǎn)換器，9個定時器，2個I2C接口，5個UART接口，3個SPI接口，為以后的擴展提供了條件。

1.2 光筆電路設(shè)計

人眼能分辨刷屏次數(shù)為24次，根據(jù)經(jīng)驗本系統(tǒng)點陣屏的刷屏速度采用每秒70次的經(jīng)驗刷屏次數(shù)，即70Hz，故要求光筆的反應(yīng)速度大于70Hz。掃描方式是每一時刻只有一個點點亮，并且這個亮點朝一個方向移動，這時主控掃描的速度是1M。使用的點陣屏為32×32。當每秒刷屏次數(shù)超過24次時才看不出點陣屏閃爍，在本系統(tǒng)中每秒刷屏68次，所以光電器件所要達到的頻率最小為68Hz，光電三極管(3DU33)靈敏度高，響應(yīng)時間短，光敏三極管輸出的脈沖經(jīng)過74HC14整形輸出。光筆電路圖如圖2所示:

圖2 光筆原理示意圖

1.3 LED點陣屏模塊

32×32 LED點陣屏電路原理框圖如圖3所示。STM32主控器I/0口作為點陣屏模塊的輸入控制信號，其中OE為使能端，CLK為時鐘線，LT為鎖存信號，DA 為數(shù)據(jù)線，A、B、C、D 為行選通地址線［2］。電路中74HC245起總線緩沖作用，2片74HC138構(gòu)成4－16譯碼器，實現(xiàn)16路的行選通，選通信號經(jīng)由4953MOS管激勵為行驅(qū)動，行驅(qū)動為H1～H16，每一行驅(qū)動負責(zé)32×32點陣兩行的選通(如H1控制第1行和第17行，H2控制第2行和第18行)。串行數(shù)據(jù)由74HC245緩沖后，送入級聯(lián)的74HC595串并轉(zhuǎn)換和驅(qū)動，電路中共設(shè)計有8片74HC595，其中4片用于第1行～第16行的列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，另外4片用于第17行～第32行的列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

圖3 LED點陣屏電路原理框圖

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

STM32系列微控制器采用C語言進行程序設(shè)計，開發(fā)調(diào)試環(huán)境為Keil MDK。主程序流程圖如圖4所示。

當系統(tǒng)上電后，LCD與LED點陣屏分別顯示各自的開機界面。與此同時，STM32對鍵盤進行掃描。任何狀態(tài)，按下“背光”鍵就可打開或關(guān)閉液晶的背光燈，此功能使得該點陣屏在夜間也可以隨意使用，白天可以將背光手動關(guān)閉，減小功耗，節(jié)約能源［3］。

圖4 主程序流程圖

當“設(shè)定”鍵按下后，進入功能選擇顯示界面。此時按上下鍵可進行功能選擇。依次進入點亮、劃亮、反顯、整屏擦除、筆畫擦除、連寫多字、對象拖移、設(shè)定休眠時間、調(diào)節(jié)亮度等功能。指示圖標在哪種功能前閃動，代表該功能被選中，點陣屏即可在系統(tǒng)控制下執(zhí)行相應(yīng)功能。在任何一種功能下，按下“確定”鍵即可顯示光筆位置的坐標。此功能在各項功能下均可跟隨光筆坐標，以便快速確定光筆所在位置。

在連寫多字功能中，每寫好一個字后，按下自定義的“1”鍵將寫好的字存儲至相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，四個字寫完后，用光筆靠近點陣屏給STM32一個信號即可將已存儲的四個字逐個輪流顯出。為方便書寫，加快書寫速度，字體存儲后，當光筆靠近點陣屏?xí)r，給予自動清屏。在對象拖移功能中，先圈定對象，用光筆在對象上選定坐標參考點進行拖動，判斷光筆當前坐標與參考點坐標的關(guān)系，對圈定對象對應(yīng)的RAM區(qū)數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的操作［4］，之后更新參考點坐標值，重復(fù)上述指令，直至對象拖移結(jié)束。

在調(diào)節(jié)亮度功能下，點陣屏可根據(jù)環(huán)境自動改變亮度。操作人員也可根據(jù)需要手動調(diào)節(jié)，并保持該亮度［4］。

3 測試方案與測量結(jié)果

3.1 測量設(shè)備

主要的測量設(shè)備有直流穩(wěn)壓源YB1730、數(shù)字式萬用表(FLUKE 15B)、萬用表SJ47100MHz和雙通道示波器(TeKtronix TDS2012B)。測量單位是秒表，精度 0.01s。

3.2 實際測量結(jié)果

3.2.1 點亮、擦除

“點亮”模式如表1所示。

表1 “點亮”模式

結(jié)果顯示:點亮點準確，坐標顯示準確。“擦除”模式如表2所示。

表2 “擦除”模式

3.2.2 屏亮調(diào)節(jié)

屏亮調(diào)節(jié)測試如表3所示。

表3 屏亮調(diào)節(jié)測試

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)以STM32F103VCT6作為控制核心，用74HC245、74HC595、74HC138、74HC04 與 4953 驅(qū)動32×32LED點陣屏，用光筆來檢測LED點陣屏的掃描從而確定相應(yīng)點的坐標，用觸摸屏切換各個功能并顯示當前的坐標和功能模式。經(jīng)過功能測試表明本系統(tǒng)的硬件穩(wěn)定，功能完善，采用C語言編程實現(xiàn)了點亮、劃亮、反顯、整屏擦除、筆畫擦除、連寫多字、對象拖移、顯示屏亮度的自動調(diào)節(jié)以及超時自動關(guān)屏等基本功能和發(fā)揮功能，還實現(xiàn)了“畫圓”和“填充”創(chuàng)新功能。本系統(tǒng)以低廉的成本和邏輯性極強的程序?qū)崿F(xiàn)LED顯示屏的“手寫”功能，其功能還有很強的可擴展性，具有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］龔成瑩，趙又新.基于FPGA的LED點陣書寫顯示屏的設(shè)計［J］.自動化與儀器儀表，2010，(3):29－31.

［2］馬曉陽.LED顯示屏校正的研究與實現(xiàn)［J］.電光與控制，2010，17(6):104 －106.

［3］C.X.Yu，M.Gilmore，W.Peebles，T.Rhodes.Structure function analysis of long－range correlations in plasma turbulence，Phys.Plasmas，2010，10(7)221 －223

［4］張曉光.基于單片機的中網(wǎng)掃描燈設(shè)計［J］.電子技術(shù)，2010，37(12):67 －68.