I 陣書寫顯示屏 設(shè)計(jì)方案第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 務(wù) 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)基于 32陣 塊的書寫顯示屏，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。在控制器的管理下， 陣模塊顯示屏工作在人眼不易覺察的掃描微亮和人眼可見的顯示點(diǎn)亮模式下；當(dāng)光筆觸及 陣模塊表面時(shí)，先由光筆檢測(cè)觸及位置處 的掃描微亮以獲取其行列坐標(biāo)，再依據(jù)功能需求決定該坐標(biāo)處的 否 點(diǎn)亮至人眼可見的顯示狀態(tài) (如下圖中光筆接觸處的深色 已被點(diǎn)亮 )，從而在屏上實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)亮、劃亮、反顯、整屏擦除、筆畫擦除、連寫多字、對(duì)象拖移” 等書寫顯示功能。 圖 陣書寫顯示屏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 求 (1)在“點(diǎn)亮”功能下，當(dāng)光筆接觸屏上某點(diǎn) ，能即時(shí)點(diǎn)亮該點(diǎn) 在控制器上同步顯示該點(diǎn) 行列坐標(biāo)值 (左上角定為行列坐標(biāo)原點(diǎn) )。 (2)在“劃亮”功能下，當(dāng)光筆在屏上快速劃過時(shí)，能同步點(diǎn)亮劃過的各點(diǎn) 速度要求 2s 內(nèi)能劃過并點(diǎn)亮 40 點(diǎn) (3)在“反顯”功能下，能對(duì)屏上顯示的信息實(shí)現(xiàn)反相顯示 (即：字體筆畫處不亮，無筆畫處高亮 )。 (4)在“整屏擦除”功能下，能實(shí)現(xiàn)對(duì)屏上所顯示信息 的整屏擦除。 控制器 32 點(diǎn)陣模塊 光筆 2 第二章 系統(tǒng) 整 體框架 系統(tǒng)整體框架圖如圖一所示， 分為控制模塊、顯示模塊、光筆模塊、 陣模塊和輔助模塊 (包括鍵盤、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等 )。 圖 統(tǒng)整體框架圖 電源模塊 輔助模塊 陣模塊 光筆模塊 顯示模塊 控制模塊 3 第三章 方案論證與比較 制模塊 在數(shù)字信號(hào)處理中，常用的控制器有 嵌入式 51 單片機(jī)。 以直接用硬件掃描、編碼、解碼、糾錯(cuò)，速度快、穩(wěn)定性高，但其價(jià)格昂貴，很多的功能在本設(shè)計(jì)難以使用到。 有較快的數(shù)據(jù)處 理速度，能實(shí)時(shí)地、快速地監(jiān)測(cè)信號(hào)量的變化 ，但其 受采樣頻率的限制，處理頻率范圍有限 。 一種低功耗、高性能 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 儲(chǔ)器。使用 司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80品指令和引腳完全兼容。片上 許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 在系統(tǒng)可編程 得 眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 ,具有 硬件的設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)單，軟件開發(fā)周期短等特 點(diǎn)。 考慮到價(jià)格、功耗及系統(tǒng)的要求， 最終 選用 片機(jī) 為控制系統(tǒng) 。 筆 模塊 光筆設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是選擇合適的傳感器件，只有具有很高的靈敏度和一定的響應(yīng)時(shí)間的傳感器才能完成系統(tǒng)的要求及功能。 方案一：采用核心部件為光敏電阻制成的光筆檢測(cè)系統(tǒng)。 光 敏電阻 是將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種傳感器件 ， 它是構(gòu)成光電式傳感器的主要部件。光 敏電阻 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便 、價(jià)格便宜，但其響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，不易檢測(cè)。 方案二： 采用光敏二極管，與光敏電阻相比有較好的高頻特性，具有較好的可靠性，功耗低 ， 且同樣價(jià)格低廉，使用方便。 比較兩種 器件，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用光敏二極管制作光筆模塊。 陣模塊 陣的顯示方式有以下幾種： 1)在 陣上貼上一層觸摸屏，形成壓膜式 陣。把觸摸屏的信息通過微處理器處理來控制 陣顯示。這種顯示方式準(zhǔn)確，反應(yīng)速度快，光筆制作 簡(jiǎn)單 ，但造價(jià)高。 2)用普通的 陣，在 陣的邊上加上紅外線傳感接收器，構(gòu)成 32 32 4 的紅外線網(wǎng)，同樣光筆制作 簡(jiǎn)單 ，但硬件復(fù)雜，造價(jià)也比較高。 3)用普通的 陣，通過自制的光筆傳 遞信息送入 89片機(jī) ，由 程確定 陣 坐標(biāo)。 雖然編程復(fù)雜，但 硬件簡(jiǎn)單， 而 且造價(jià)最低。 綜合各方面的因素， 選擇了第三個(gè)方案。 5 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)以 碼管顯示、光筆檢測(cè)及 統(tǒng)框圖如圖 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 筆的選取與參數(shù)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)要求 2 秒內(nèi)能點(diǎn)亮 40 點(diǎn) 個(gè)燈的定位時(shí)間為 50共有 1024 盞燈， 1，每查尋一次的時(shí)間為 5通的光敏二極管反應(yīng)時(shí)間在 30 s 左右，完全可以滿足設(shè)計(jì)要求。電路見圖 陣屏驅(qū)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用共陽極型低態(tài)掃描高態(tài)顯示信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和 74存器。系統(tǒng)的鎖存器低態(tài)輸出，其 4以驅(qū)動(dòng)一個(gè) 們把 32 32陣，等分為四個(gè) 16 16 的 陣來驅(qū)動(dòng)，設(shè)定驅(qū)動(dòng)每列 電流為 15流過驅(qū)動(dòng)三極管的總電流為 2408550 三極管最大的工作電流可達(dá) 500此選擇 8550 三極管驅(qū)動(dòng)。電路圖見 圖 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8 y9 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9 v+35 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1616 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3116*16 顯示點(diǎn)陣6 74存器組成的驅(qū)動(dòng)電路 7 5v+35v+35v+35v+35v+35v+35v+355v+35v+35v+35v+35v+35v+35v+35動(dòng)原理圖 源電路 圖 源部分 1 2 H 0010 11 +5V 1k 波電路 電源輸入 2 3 1 4 5 6 7 8 9 1 2 3 +5V 8 電源部分采用采用體積小，效率高的開關(guān)電源，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 5V 直流電壓。其電路圖如圖 示。 單片機(jī)人機(jī)界面電路圖 盤電路 鍵盤是使用比較簡(jiǎn)單的獨(dú)立式鍵盤 ， 而且具有發(fā)光二極管指示功能模塊 。在程序中采用中斷掃描的方式，在沒有鍵操作時(shí) 行正常程 序，只在有鍵操作時(shí)才處理鍵盤程序。其 電路如圖 示： 盤輸入 示電路 為了滿足系統(tǒng)在工作時(shí)能準(zhǔn)確顯示光筆對(duì)應(yīng)亮點(diǎn)所處的行列坐標(biāo)值，本設(shè)計(jì)中采用型號(hào)為 0位多功能通用型 8段式液晶顯示模塊，內(nèi)含看門狗時(shí)鐘發(fā)生器 2種頻率的蜂鳴驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)置顯示顯示任意字段筆畫劃 3電路圖如圖 9 0_21_22_23_2 _示+5示電路 10 第五章 程序設(shè)計(jì) 統(tǒng) 程序流程圖 本設(shè)計(jì)中，要實(shí)現(xiàn)的功能基本都要通過單片機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)。 由于采用的是普通的光敏二極管，在一定程度上限制了反應(yīng)速度，因此編程采用了多路信號(hào)同時(shí)輸入和數(shù)學(xué)中的二分法思想編程，提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率。 系統(tǒng)的 程序流程圖 如圖 示 ： 圖 系統(tǒng)的 程序流程圖 序源碼 /x 軸顯示 #始 硬件初始化 等 待按鍵進(jìn)入 是否觸屏 掃描 否有光信號(hào)返回 坐標(biāo)點(diǎn)亮 反 顯 整屏擦除 11 /時(shí)時(shí)間設(shè)定 #1124 / 2 # (65535256) # (65535256) #2 #0 #1 # 0 0 0 0 0 0 0 0 0 uc = 0; /*_; /= 0 ; */ 128 _2 _2 _2 _32=0; 35; 34; 32; 12 33; ; ; ; ; ; ; ; ; ; uc uc 2; uc 2; uc ; ; ui ; uc ; uc uc uc uc uc uc uc uc uc uc uc uc uc ; /初始化工作 / ; /鍵盤讀入 / 13 ; /數(shù)據(jù)輸出處理 / ; /定時(shí)處理 / ui, /數(shù)碼顯示 / uc, /按鍵譯碼 / ; /描 / /掃描 Y 軸 / uc, /二個(gè)單字節(jié) ; /屏幕輸出 ; /坐標(biāo)處理 / ; ; ; /*/ /主程序 / /*/ 2=11; ; /初始化工作 / ) if(1) ; ; /鍵盤讀入 / if(0) ; /數(shù)據(jù)輸出處理 / if(0) ; /描 if(2) if(0) 14 ; /坐標(biāo)處理 / ; 9; /防止多次進(jìn)入 if(1) ; ; if(1) ; ; /屏幕輸出 /*/ /主程序 _ /*/ /*/ /初始化工作 / /*/ uc c; /定時(shí)器設(shè)置 (5 點(diǎn) ) !T C/!T | A=1; ; 15 ; /處理 (0,0); /* 1; 50); ; ; ; ; 50); ; 6; 6; ; 50); ; 6; 6; 50); ; 6; 6; 50); ; 0; 0; 50); ; */ 16 /*/*/ /初始化工作 _ /*/ /*/ /鍵盤讀入 / /*/ n=0; /0 一直無按鍵 1 上次進(jìn)入按鍵 2 一直有按鍵 3 上次退出按鍵 a,b; a=b=(a*0b,1); if(a=0b=0; /無按鍵 ; /有按鍵 / 666,0); n) : if(1) n=1; n=0; : if(1) n=2; 17 a,b); n=0; : if(1) n=2; n=3; : if(1) n=2; n=0; uc a,uc b) /按鍵譯碼 / /555,0); b) ; ; ; 18 ; ; /*/ /鍵盤讀入 _ /*/ /*/ /輸出處理 / /*/ uc c,n; t; / ); : /反選 c=0;c128;c+) t=c; t=t; c=t; : /整屏清除 c=0;c128;c+) c=0 19 : ; 0,0); : ; ,0); ; /*/ /輸出處理 _ /*/ /*/ /數(shù)碼顯示 / /*/ ui uc a; if(0) a=0; /個(gè)位 a; a=0%10; /十位 a; a=00%10; /百位 a; a=000; /千位 a; 20 a= /個(gè)位 a; a= /十位 a; a=; a; a= /千位 a; /二個(gè)單字節(jié) 100 uc c,uc b) uc a; a=b%10; a; a=b/10; a; a=c%10; a; a=c/10; a; 21 /*/ /數(shù)碼顯示 _ /*/ /*/ /描 / /*/ uc i; ; /掃描 0 ; 0; 2; 4; ; /關(guān)閉 373 / ); ; 1; 3; 5; ; /關(guān)閉 373 i=0;i16;i+) i4; ; /開掃描 if(0) /有光返回 i; i=i4; i); /掃描 Y 軸 ; /關(guān)掃描 22 ; /關(guān)掃描 /掃描 16 ; 0; 2; 4; ; /關(guān)閉 373 ; ; 1; 3; 5; ; /關(guān)閉 373 i=0;i16;i+) i4; ; /開掃描 if(0) i+16; i=i4; i); /掃描 Y 軸 ; /關(guān)掃描 ; /關(guān)掃描 2; 2; /掃描 Y 軸 uc uc i; 23 ; /第一排 373 ; ; ; /關(guān)閉 373 0; 1; 2; 3; 4; 5; ; /關(guān)閉 373 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i=0;i8;i+) 1i; /第一排 373 ; ; ; /關(guān)閉 373 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i; ; /關(guān)掃描 ; /關(guān)掃描 ; /第二排 373 0; 24 1; ; /關(guān)閉 373 ; ; 2; 3; 4; 5; ; /關(guān)閉 373 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i=0;i8;i+) 1i; 0; 1; ; /關(guān)閉 373 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i+8); ; /關(guān)掃描 ; /關(guān)掃描 ; /第三排 373 2; 3; ; /關(guān)閉 373 25 ; ; 0; 1; 4; 5; ; /關(guān)閉 373 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i=0;i8;i+) 1i; 2; 3; ; /關(guān)閉 373 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i+16); ; /關(guān)掃描 ; /第四排 373 4; 5; ; /關(guān)閉 373 ; ; 0; 26 1; 2; 3; ; /關(guān)閉 373 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i=0;i8;i+) 1i; 4; 5; ; /關(guān)閉 373 ; /關(guān)掃描 ; /開掃描 if(0) /有光返回 ; /關(guān)掃描 i+24); ; /關(guān)掃描 ; /關(guān)掃描 4; /*/ /描 _ /*/ /*/ /坐標(biāo)處理 / /*/ 27 uc xt,yt,a; ; /關(guān) if(0) if() yt=xt=; if(6) yt=2; xt=; if(4) yt=4; xt=; if(2) yt=6; xt=; a= /第一位亮起 11111110 if(0) a=a; /00000001 a=a|a=a; a=a| a; 28 : ; : ; ; ; /*/ /坐標(biāo)處理 _ /*/ /*/ /屏幕輸出 / /*/ uc a=0; uc c,t; ; c=0;c8;c+) /8 次 t=c4; c+8; /選址 a+t; 4; ; 29 if(a+=15) a=0; /*/ /屏幕輸出 _ /*/ 30 第六章 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果 基本功能測(cè)試：對(duì)系統(tǒng)的基本功能進(jìn)行測(cè)試，主要測(cè)試了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及基本功能的完成情況，具體的測(cè)試結(jié)果見表一和表二，從測(cè)試 結(jié)果來看，該系統(tǒng)完全 實(shí)現(xiàn) 了設(shè)計(jì)要求的“點(diǎn)亮 、劃亮、反顯、整屏擦除 ” 等基本功能，并在“劃亮”功能上進(jìn)行了創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了比設(shè)計(jì)要求更快的速度。 表一 ：基本功能測(cè)試 功能項(xiàng)目 設(shè)計(jì) 要求 測(cè)試結(jié)果 點(diǎn)亮 能點(diǎn)亮 能點(diǎn)亮 劃亮 2s 內(nèi)點(diǎn)亮 40 點(diǎn) s 內(nèi)點(diǎn)亮 50 點(diǎn) 顯 能反顯 能反顯 整屏 擦除 能 整屏 擦除 能整屏擦除 表二 : 各功能的實(shí)際完成情況 基本要求 實(shí)際完成情況 “ 點(diǎn)亮 ” 完成 “ 劃亮 ” 完成 “ 反顯 ” 完成 “ 整屏擦除 ” 完成 31 第七章 總結(jié) 本系 統(tǒng) 在 設(shè)計(jì) 方案時(shí)主要考慮 了 以下幾個(gè)因素：功能 齊全 、 操作簡(jiǎn)單和 成本 低廉 。用 片機(jī)控制實(shí)現(xiàn) 陣 顯示 的多種功能，完成了 設(shè)計(jì)