LED点阵书写屏报告.docx
- 文档编号:18449640
- 上传时间:2023-08-18
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:1.06MB
LED点阵书写屏报告.docx
《LED点阵书写屏报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《LED点阵书写屏报告.docx(10页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
LED点阵书写屏报告
LED点阵书写屏
参赛队号____________
摘要
本作品以STM32单片机为核心,设计制作LED点阵书写显示系统,作品通过按键进行功能切换,以光电三极管作为光笔感应器件,在STM32的控制下进行信号的采集以及处理,实现LED点阵屏包括点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字和对象拖移等功能。
一、系统方案
1、方案论证与比较
1)控制器模块
方案1:
采用8位8051单片机,该类单片机技术成熟,编程操作简单,价格便宜。
但由于系统用到了高精度A/D采样、实时时钟等部分,使外围电路变得复杂,并且该单片机的运行速度较慢,增加了执行难度,不利于程序的编写和系统的实现。
方案2:
采用STM32单片机作为核心控制,其自带16通道12位A/D,以及支持三种低功耗模式,可以在要求低功耗、短启动时间和多种唤醒事件之间达到最佳的平衡。
主频可达72MHZ,且资源丰富、速度高、稳定性强,性价比高。
降低了此系统地执行性难度。
综上,根据此测量仪的要求选取方案2,且此系统所用I/O较少,所以选用48脚封装的STM32f103c8T6作为核心控制模块。
2)光笔模块
方案1:
采用光敏电阻。
光敏电阻容易获得,价格便宜,性价比较高。
但光敏电阻灵敏度低,其光电特性为非线性,常用光敏电阻响应速度慢,大约为60ms,延迟时间受入射光的光照强度影响。
其参数不能满足本系统对光笔书写速度的要求。
方案2:
采用光电三极管。
光电三极管的输出电流大、灵敏度高,而且光电三极管本身具有放大作用,速度够快,能将检测的信息及时反馈给主控机。
且光电三级管对红光的敏感度强于自然光,经测试在自然光下对红光的检测无影响。
综上,根据要求,光电三极管速度及其他性能更佳所以采用方案2。
3)显示模块
用5V12864液晶显示,自带汉字点阵显示模块,可显示汉字和图形,内置8192个中文汉字(16*16点阵),和128个字符(16*8点阵)及64*256点阵显示RAM(GDRAM)。
配置LED背光,具有低电压低功耗特点。
符合该系统设计的要求。
4)按键
采用A/D键盘,利用定值电阻与不同阻值的电阻串联所分压降的不同,来区分按键。
节省I/O,且电路简单,故采用此方法。
5)亮度调节
采用光敏电阻,价格便宜,性价比较高。
利用电阻分压A/D检测实现,设计简单。
2.总体方案描述
系统采用STM32f103c8t6作为核心控制器,通过按键选择功能,以光电三极管作为光笔检测器件,对检测信号进行处理,符合条件后进入中断,从而实现包括点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字以及对象拖移等功能。
系统总体结构如图1所示。
图1系统总体结构
二、理论分析与计算
1、光笔选取
根据发挥部分
(1)“笔画擦除”的要求,需要显示、扫描同时进行。
而人眼的视觉残留效果要达到50HZ(20ms)才不会有明显的抖动,根据测量送显的时间为4ms(留有一定裕量定为5ms),那么就要求扫描时间(行和列扫描的总时间)为20-5=15ms,则行扫描和列扫描的时间均为15/2=7.5ms。
这就要求检测元件的跃阶响应时间要小于7.5ms。
光电三极管的跃阶响应时间(如图2、图3所示,为加上外围电路后的稳定跃阶响应时间)约为1.5us,达到系统要求,光电三极管3DU33的反应速度高达100kHZ,远大于系统要求的刷屏速度,而光敏电阻的反应速度较慢,其响应时间大约在60ms,远远达不到系统要求。
故选用光电三极管3DU33作为光笔的检测元件。
图2光电三极管越阶响应下降沿图3光电三极管越阶响应上升沿
在最稳定的前提下要求扫描时间足够快,经过实践把扫描时间(若点在第16行第16列)设定为8ms,以提高作品质量。
光电管的输出信号通过后续电路处理后,变为数字信号送向单片机。
使得系统更准确、可靠。
2、点阵屏驱动
本模块所使用的16*16LED点阵屏,是市场上产品化的LED点阵屏,由4块8*8LED点阵屏组成。
其行和列都是由2块74HC595芯片级联驱动控制,通过STM32核心控制器控制行列驱动芯片逐个点亮LED实现刷屏。
3、亮度调节设计
屏亮自动调节模块是利用光敏电阻的光电特性,由A/D采集光敏电阻的不同阻值对应不同的的电压值,根据不同的电压值改变LED的点亮时间来实现屏亮度的自动调节。
4、A/D键盘
根据要求,按键的作用是功能选择。
此模块利用A/D键盘来实现。
利用电压值的不同来区分按键。
其计算公式为:
U=R_10K/(R_10K+R_K?
)
所选电阻分别为5.1K、10K20K、51K,其对应电压值分别为2.2V、1.6V、1.1V、0.5V。
所以即使电压变化±0.2V也可以正确的区分。
5、亮度调节
利用电阻分压进行调节。
由A/D采集光敏电阻的不同阻值对应不同的的电压值,根据不同的电压值改变LED的点亮时间来实现屏亮度的自动调节。
其采集电压U=R_GM1/(R_GM1+R_GM)*VCC
三、电路与程序设计
1、电路设计
1)光笔电路的设计
本模块中采用光电三极管作为检测元件,光电三极管的输出电流大,灵敏度也很高。
当光电三级管检测到信号时产生一个脉冲,经两级放大后传给单片机进行分析、处理。
单片机再根据按键选择来实现相应功能,点亮或熄灭相应的点,从而实现相应功能。
电路图如图4所示。
图4电笔电路图
2)A/D按键设计
为了减少I/O口的占用采用A/D键盘,A/D键盘电路原理图如图5所示。
图5A/D键盘电路图
3)亮度调节设计
屏亮自动调节是利用光敏电阻的光电特性,由A/D采集光敏电阻的不同阻值对应不同的的电压值,根据不同的电压值改变LED的点亮时间来实现屏亮度的自动调节。
电路图如图6所示。
图6亮度调节电路图
4)点阵屏的设计
点阵屏及其驱动芯片的电路设计如图7所示。
屏的行和列都是通过74HC595级联来控制。
图7点阵屏及其驱动芯片的电路图
2、程序设计
图8为主程序流程图,图9、10为中断流程图,图11为点阵处理流程图。
图8主程序流程图
四、测试结果
测试项目
基本要求
发挥要求
作品测试结果
点亮
即时点亮一个点
并显示坐标
实现
划亮
2s内点亮
40个点
反显
对屏上的信息
实现反向显示
实现
整屏擦除
对屏上所显示信息整屏擦除
实现
笔画擦除
能用光笔擦除
屏上汉字的笔画
实现
连写多字
30s内写出四个汉字
并逐个显示
20s内完成
对象拖动
用光笔将选定的显示内容在屏上拖移
亮度调节
根据环境自动
调节显示亮度
实现
待机
1-5min内进入休眠,
且电流小于5mA
可设定进入休眠时间
(1-5min)电流为0.5mA
五、结论
整个比赛制作过程是紧X而有序的。
从基本方案的制定,到硬件电路的选择和软件流程的设计,再到实际电路的制作,最后进行软硬件的调试,在此期间虽然遇到很多困难,但团队成员认真思考并积极讨论,最终完成题目要求的各项功能要求,一项项问题得以解决。
在此次4天3夜的比赛中,发现了自身知识储备的不足,经过这几天的奋斗,小组成员学到了很多东西,最重要的是学会了一种精神——团结协作精神。
总之,比赛既是一次应用各种软硬件知识冶炼出符合要求的产品的过程,也是一次个人能力接受种种困难磨砺的过程。
求知如采金,狂沙洗净,金玉方现,愿每个人都能从这次历程中,得到有益的启示。
参考文献:
[1]郭天祥,51单片机C语言教程,电子工业,2012.12
[2]童诗白,模拟电子技术基础(第四版),高等教育,2006.5
[3]黄智伟,全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作,航空航天大学,2011.1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- LED 点阵 书写 报告