基于stm32的led点阵光笔设计与实现毕业论文硬件部分(编辑修改稿)

基于stm32的led点阵光笔设计与实现毕业论文硬件部分(编辑修改稿)内容摘要：

LED 显示屏面积可以根据需要由单元模块任意拼装，以其变化丰富的色彩，图案实时动态的显示模式，完美的多媒体效果，强大的视觉冲击力将信息、文字、图片、动画、视频等多种方式显示出来 ,成为信息传播的划时代产品 ,在铁路民航、体育场馆、会议厅、高速公路、广场、大型商场、证券市场以及多种监控调度中得到了广泛的应用。 LED 之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。 这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。 LED 的发展前景极为广阔，目前正朝着 更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。 当前， LED 显示屏的应用已涉及社会经济的许多领域。 LED 显示屏主要应用领域为广告业，它的出现为广告产业带来了一种新的视觉冲击，广告业的蓬勃发展带动了 LED 显示屏技术的创新，渐渐的 LED 显示屏的一些不足也开始进入了人们的“视线”，所谓谁把握先机谁就离成功越近，这就突出了广告的实时性。 由于 LED 显示屏必须通过电脑终端控制，所以为其中内容修改带来了不便。 为了解决 LED 显示屏中内容修改不便的问题，就需要设计一种可以在其上写 字的光笔，这样不仅可以把 LED显示屏与电脑终端脱离，而不影响其工作，而且直接在 LED 显示屏上写字给人的视觉冲击也是相当的震撼。 广告人的创作灵感往往就在那么一瞬间，如果这种带手写笔的 LED显示屏得到发展，人们就可以看到在广场上的艺术展。 手写识别技术是指通过手写板等轨迹捕获设备获得书写者的书写信息，将手写字转换输入计算机。 用户在手写板和触摸屏上书写的笔画以类似于矢量图的形式被计算机存储下来，通过对文字图像的抬笔、落笔、笔迹上各像素的空间位置等信息进行处理与对照，系统将数据转化为计算机所使用的文字代码进行输出。 手写汉字识别技术发展至今，无论在识别率（几个大厂商几乎都可以达到 98%以上）还是识别速度方面都可以称之为相当成熟的技术了，完全能够满足实际应用的要求。 本课题综合运用 LED显示屏和手写技术，设计了一款可以在 32 32LED 点阵上写字的光笔，可以实现在点阵上书写，满足人们的手写输入需要。 7 LED 点阵可以实现扫描微亮和显示点亮，用 STM32 控制，使 LED 点阵能逐点高速程控点亮熄灭，即工作在人眼不易察觉的扫描微亮情况下。 当光笔在点阵上划过时，通过编程检测获得光笔所在位置的行列 坐标，并记录行列坐标。 运算之后点亮位置坐标处的 LED，即实现了书写功能。 光笔采用光敏三极管为核心设计制作完成，通过三极管感应光强的变化，从而引起电压变化获得光笔所在位置，实现点亮。 在设计中，我们运用了 416 线译码器 74HC154 和锁存器 74LS273 来控制点阵的行和列，通过 STM32 的控制实现书写显示功能。 同时，我们还设计了 LCD液晶显示屏，来显示光笔位置的精确坐标。 通过按键来实现系统不同的功能。 本课题实现一种小型的光笔输入装置，应达到以下要求： 设计并制作一个规模为 32x32的 LED 点阵 ,该 LED 点阵能逐点高速程控点亮熄灭；设计并制作一支光电感应画笔，画笔在 LED 点阵上随意移动，系统能实时捕捉画笔笔尖在 LED 点阵上的位置信息； LED 点阵能显示出由画笔描绘的图案。 系统结构如 图表 1 所示 图表 1 LED点阵光笔系统结构示意图 8 第二章 系统结构设计 本设计主要由软件部分和硬件部分构成。 根据课题要求， LED 点阵光笔由主控模块、LED 点 阵模块、光笔电路、 LED 点阵驱动、 LCD 显示和按键电路等部分组成。 系统框图如 图表 2 所示 图表 2 系统框图 核心控制模块的设计 核心控制模块是系统的大脑，控制着系统的所有输入输出、计算、判断与决策。 “ LED点阵光笔”检测精度要求高且数据存储容量大，选择适合的控制模块，能确保其快速实现 9 稳定及达到系统要求的基本条件。 STM32 系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的 ARM CortexM3 内核。 时钟频率为 72MHz， 是同类产品中性能最高的产品。 内置 32K到 128K 的闪存 ，运行速度快、低功耗（在 72MHz 时消耗 36mA(所有外设处于工作状态 )，待机时下降到 2 uA）、高集成度（集成了复位电路、低电压检测、调压器、精 确的 RC 振荡器等），功能和性能都要比 51 系列强大很多。 所以我们选择 STM32 为核心控制模块。 光笔设计 光笔设计的关键是选择合适的传感器件，只有具有很高的灵敏度和一定的响应时间的传感器才能完成系统的要求及功能。 方案一：采用核心部件为光敏电阻制成的光笔检测系统。 光敏电阻是将光能转换为电能的一种传感器件，它是构成光电式传感器的主要部件。 光敏电阻结构简单、使用方便、价格便宜，但经调试发现其响应时间长，不易检测。 方案二：采用光敏二极管，与光敏电阻相比有较好的高频特性，具有一定的可靠性，功耗低 .相比于光 敏电阻而言灵敏度较差，需要较高倍数的放大器才能实现精准识别的效果。 方案三：采用光敏三极管，其工作原理与光敏二极管相似。 但光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。 所以其灵敏度更高，响应时间快。 基于以上分析，我们采用光敏三极管作为光笔的检测部件。 点阵屏设计 点阵屏采用 16 块 8 X 8 的点阵，连接成一个 32 X 32 的点阵，将每一行对应的引脚相连，使每一行的 32 个 LED 灯相连，每一列的 32 个 LED 灯相连。 将点阵的驱动电路设成两种状态，一种为正常电压， 可以正常显示；另一种通过硬件电路调节恰好能使点阵处于微亮状态。 当书写前，点阵处于微亮扫描状态，光笔划过后，正常显示划过的点，结合软件实现点阵的正常显示。 这样节省了资源的同时，也节约了时间。 LCD 显示设计 采用 LCD 液晶显示器来显示光笔的精确位置，使系统更直观。 LCD 有明显的优点：微功耗、尺寸小，超薄轻巧、显示信息量大、字迹清晰、美观、视觉舒适。 使整个控制系统更加人性化。 采用 1602A 液晶显示器，焊接电路时较为方便。 按键设计 系统采用四个独立式按键来实现不用功能之间的切换。 独立式键盘，简单，使用方便。 能很好的完成设计要求。 10 本设计的主要作用是通过 STM32 来控制点阵和光笔，实现手写输入的功能。 想要实现此功能，就需要对软件部分、硬件部分有很多的了解。 其中软件部分通过 C 语言在 Keil uVision4 中 编译完成，硬件部分由 STM3 74HC15 74LS27 LED 点阵、光敏三极管、LCD 液晶显示屏和独立按键等部分完成。 本设计的关键是完成 LED 点阵和光笔的设计，这样就能实现手写输入的功能。 11 第三章 STM32 系统 STM32 概述 STM32 系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的 ARM CortexM3内核。 按性能分成两个不同的系列： STM32F103“ 增强型 ” 系列和 STM32F101“ 基本型 ” 系列。 增强型系列时钟频率达到 72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为 36MHz，以 16 位产品的价格得到比 16位产品大幅提升的性能，是 16 位产品用户的最佳选择。 两个系列都内置 32K 到 128K 的闪存，不同的是 SRAM 的最大容量和外设接口的组合。 时 钟频率 72MHz 时，从闪存执行代码， STM32 功耗 36mA，是 32 位市场上功耗最低的产品，相当于。 这里我们选用 STM32F103 系列作为控制系统。 要利用 STM32设计点阵光笔，首先，要求具有一定的硬件基础知识；其次，要求具有一定的软件设计能力，能够根据系统的要求，设计出所需要的程序；再次，要具有综合运用知识的能力。 STM32F103 功能概述 主要特点 STM32F 系列属于中等容量增强型， 32位基于 ARM核心的带 64或者 128K 字节闪存的微控制器 ，具有 USB,CAN,7 个定时器， 2 个 ADC,9 个通信接口。 其主要特点有： ARM 32 位的 Cortex M3 CPU 最高 72MHZ 工作频率，在存储器的 0 的等待周期访问时可达 、MHZ（ ） 单周期乘法和硬件除法 从 64K 或者 128K 字节的闪存程序存储器 高达 20K 字节的 SRAM 、复位和电源管理 供电和 I/O 引脚 上电 /断电复位（ POR/PDR）、可编程电压监测器（ PVD） 416MHZ 晶振振荡器 12 内嵌经出厂调教的 8MHZ 的 RC 振荡器 内嵌带校准的 40KMZ 的 RC 振荡器 产生 CPU 时钟的 PLL 带校准的 32KMZ 的 RC 振荡器 睡眠、停机和待机模式 Vbat 为 RTC 和后备寄存器供电 2 个 12 位模数转换器， 1us 转换时间（多达 16 个输入通道） 转换范围： 0 至 双采样和保持功能 温度传感器 7 通道 DMA 控制器 支持的外设：定时器、 ADC、 S。