【正文】 、顯示電路部分功能及原理、鍵盤的使用及設(shè)計等。 設(shè)計方案運用了 416 線譯碼器 74HC154 和 74LS273 驅(qū)動點陣的行和列，通過 STM32 的控制實現(xiàn)顯示功能。 關(guān)鍵詞： LED 點陣 光筆 STM32 74HC154 5 Abstract This topic design and made a pen of LED dot matrix based on STM32, can achieve writing through light pen in 32 X32 of LED dot matrix, and show in the LED dot matrix, satisfy the people39。s handwritten input need, the input more simple, quick. This system to STM32 as the core, the STM32 control, make of LED dot matrix can point by point high speed program control light put out. Homemade a photoelectric sensor brush, brush when in of LED dot matrix on the move, the system can realtime capture the tip brush on the position information of LED dot matrix, and finally of LED dot matrix can show the picture of the design by brush. The design of hardware design including: light pen design, 32 32 of LED dot matrix connection, 32 32 of LED dot matrix of the drive control circuit, display circuit of the function and principle, the use of the keyboard and design, etc. Design scheme using 416 line decoder 74HC154 and 74LS273 drive the row and column of the matrix, through the STM32 control achieve display function. Keywords： LED dot matrix Light pen STM32 74HC154 6 第一章 緒論 研究的背景和意義 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，各種硬件設(shè)備也日新月異，在輸入設(shè)備中，為了應(yīng)對手寫文字輸入與繪畫輸入的需要，出現(xiàn)了各種手寫繪畫輸入設(shè)備，包括寫字板、繪畫板等。 LED顯示屏就是其中一種寫字板。寫字板可以免去學習打字的煩惱，使用起來相當方便。目前寫字板在智能識別技術(shù)已相當成熟，就算字跡潦草些也不用擔心電腦無法識別。 LED 顯示屏面積可以根據(jù)需要由單元模塊任意拼裝，以其 變化豐富的色彩，圖案實時動態(tài)的顯示模式，完美的多媒體效果，強大的視覺沖擊力將信息、文字、圖片、動畫、視頻等多種方式顯示出來 ,成為信息傳播的劃時代產(chǎn)品 ,在鐵路民航、體育場館、會議廳、高速公路、廣場、大型商場、證券市場以及多種監(jiān)控調(diào)度中得到了廣泛的應(yīng)用。 LED 之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點分不開的。這些優(yōu)點概括起來是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。LED 的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化 方向發(fā)展。 當前， LED 顯示屏的應(yīng)用已涉及社會經(jīng)濟的許多領(lǐng)域。 LED 顯示屏主要應(yīng)用領(lǐng)域為廣告業(yè)，它的出現(xiàn)為廣告產(chǎn)業(yè)帶來了一種新的視覺沖擊，廣告業(yè)的蓬勃發(fā)展帶動了 LED 顯示屏技術(shù)的創(chuàng)新，漸漸的 LED 顯示屏的一些不足也開始進入了人們的“視線”，所謂誰把握先機誰就離成功越近，這就突出了廣告的實時性。由于 LED 顯示屏必須通過電腦終端控制，所以為其中內(nèi)容修改帶來了不便。 為了解決 LED 顯示屏中內(nèi)容修改不便的問題，就需要設(shè)計一種可以在其上寫字的光筆，這樣不僅可以把 LED顯示屏與電腦終端脫離，而不影響其工作，而且 直接在 LED 顯示屏上寫字給人的視覺沖擊也是相當?shù)恼鸷?。廣告人的創(chuàng)作靈感往往就在那么一瞬間，如果這種帶手寫筆的 LED顯示屏得到發(fā)展，人們就可以看到在廣場上的藝術(shù)展。 手寫識別技術(shù)是指通過手寫板等軌跡捕獲設(shè)備獲得書寫者的書寫信息，將手寫字轉(zhuǎn)換輸入計算機。用戶在手寫板和觸摸屏上書寫的筆畫以類似于矢量圖的形式被計算機存儲下來，通過對文字圖像的抬筆、落筆、筆跡上各像素的空間位置等信息進行處理與對照，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為計算機所使用的文字代碼進行輸出。 手寫漢字識別技術(shù)發(fā)展至今，無論在識別率（幾個大廠商幾乎都可以達 到 98%以上）還是識別速度方面都可以稱之為相當成熟的技術(shù)了，完全能夠滿足實際應(yīng)用的要求。 本課題綜合運用 LED顯示屏和手寫技術(shù)，設(shè)計了一款可以在 32 32LED 點陣上寫字的光筆，可以實現(xiàn)在點陣上書寫，滿足人們的手寫輸入需要。 課題設(shè)計的思路簡介 LED 點陣可以實現(xiàn)掃描微亮和顯示點亮，用 STM32 控制，使 LED 點陣能逐點高速程控點亮熄滅，即工作在人眼不易察覺的掃描微亮情況下。當光筆在點陣上劃過時，通過編程檢測獲得光筆所在位置的行列坐標，并記錄行列坐標。運算之后點亮位置坐標處的 LED，即實現(xiàn)了書寫功能。 在設(shè)計中，我們運用了 416 線譯碼器 74HC154 控制點陣的行和列，通過 STM32 的控制實現(xiàn)顯示功能。 7 設(shè)計任務(wù)及要求 本課題實現(xiàn)一種小型的光筆輸入裝置，應(yīng)達到以下要求： 設(shè)計并制作一個規(guī)模不小于32x32 的 LED 點陣 ,該 LED 點陣能逐點高速程控點亮熄滅；設(shè)計并制作一支光電感應(yīng)畫筆，畫筆在 LED 點陣上隨意移動，系統(tǒng)能實時捕捉畫筆筆尖在 LED 點陣上的位置信息； LED 點陣能顯示出由畫筆描繪的圖案。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如 圖表 1 所示 圖表 1 LED點陣光筆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 8 第二章 LED 點陣光筆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介 系統(tǒng)的總體設(shè)計 本設(shè)計主要由軟件部分、硬件部分構(gòu)成。 根據(jù)課題要求， LED 點陣光筆由主控模塊，按鍵電路、 LED 點陣模塊、光筆電路及 LED 點陣驅(qū)動顯示等部分組成。系統(tǒng)框圖如 圖表 2所示 圖表 2 系統(tǒng)框圖 各模塊的設(shè)計 核心控制模塊的設(shè)計 核心控制模塊是系統(tǒng)的大腦，控制著系統(tǒng)的所有輸入輸出、計算、判斷與決策?！?LED點陣光筆”檢測精度要求高且數(shù)據(jù)存儲容量大，選擇適合的控制模塊，能確保其快速實現(xiàn)穩(wěn)定及達到系統(tǒng)要求的基本條件。 STM32 系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的 ARM CortexM3 內(nèi)核。 時鐘 頻率為 72MHz， 是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品 。內(nèi)置 32K到 128K 的閃存 ，運行速度快、低功耗（在 72MHz 時消耗 36mA(所有外設(shè)處于工作狀態(tài) )，待機時下降到 2 uA）、高集成度（集成了復位電路、低電壓檢測、調(diào)壓器、精確的 RC 振蕩器等），功能和性能都要比 51 系列強大很多。所以我們選擇 STM32 為核心控制芯片。 9 光筆設(shè)計 光筆設(shè)計的關(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)時間的傳感器才能完成系統(tǒng)的要求及功能。我們采用核心部件為光敏三極管制成的光筆檢測系統(tǒng)。光敏三極管除了能將光信號轉(zhuǎn) 換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。其靈敏度高，響應(yīng)時間快。所以我們選用光敏三極管作為光筆的檢測部件。 點陣設(shè)計 將點陣的驅(qū)動電源分為兩路，一路為正常電壓，可以正常顯示；另一路通過硬件電路調(diào)節(jié)恰好能使點陣處于微亮狀態(tài)。當書寫時，點陣處于微亮狀態(tài)，光筆劃過后，正常顯示劃過的點，結(jié)合軟件實現(xiàn)點陣的顯示。這樣節(jié)省了資源的同時，也節(jié)約了時間。 顯示方案設(shè)計 采用 LCD 液晶顯示器。 LCD 有明顯的優(yōu)點：微功耗、尺寸小，超薄輕巧、顯示信息量大、字跡清晰、美觀、視覺舒適。使整個控制系統(tǒng)更加人性 化。采用 1602A 液晶顯示器，焊接電路時較為方便。 控制按鍵的設(shè)計 本實驗采用了四個按鍵，分別控制光筆的點亮，劃寫，擦除，休眠時間設(shè)置，休眠喚醒，寫字保護等功能，四個指示燈分別作為各功能的提示燈。 系統(tǒng)作用 本設(shè)計的主要作用是通過 STM32 來控制點陣和光筆，實現(xiàn)手寫輸入的功能。想要實現(xiàn)此功能，就需要對軟件部分、硬件部分有深入的研究。其中軟件部分通過 C語言編譯，硬件部分由 STM3 74HC15 74LS27 32X32 的 LED 點陣、三極管、 LCD160獨立按鍵等完成 。完成 LED點陣和光筆的設(shè)計，就能實現(xiàn)光筆在 LED 點陣屏上的點亮，劃亮，擦除，甚至連字多寫及存儲、顯示功能，為了節(jié)省能源本系統(tǒng)還加入了定時休眠的功能。 10 第三章 系統(tǒng)設(shè)計語言及開發(fā)環(huán)境 C 語言概述 語言的發(fā)展過程 Ｃ語言是在 70 年代初問世的。一九七八年由美國電話電報公司 (ATamp。T)貝爾實驗室正式發(fā)表了Ｃ語言。同時由 和 合著了著名的“ THE C PROGRAMMING LANGUAGE”一書。通常簡稱為《 Kamp。R》，也有人稱之為《 Kamp。R》標準。但是，在《 Kamp。R》中并沒有定義一個完整的標準 C 語言，后來由美國國家標準協(xié)會（ American National Standards Institute）在此基礎(chǔ)上制定了一個 C 語言標準，于一九八三年發(fā)表。通常稱之為 ANSI C。 語言的特點 C 語言簡潔、緊湊，使用方便、靈活。 ANSI C 一共只有 32 個關(guān)鍵字， 9 種控制語句，程序書寫自由，主要用小寫字母表示，壓縮了一切不必要的成分。運算符豐富，共有 34 種。 C 把括號、賦值、逗號等都作為運算符處理，從而使 C 的運算類型極為豐富，可以實現(xiàn)其他高級 語言難以實現(xiàn)的運算，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型豐富，具有結(jié)構(gòu)化的控制語句語法限制不太嚴格，程序設(shè)計自由度大 C語言允許直接訪問物理地址，能進行位（ bit）操作，能實現(xiàn)匯編語言的大部分功能，可以直接對硬件進行操作。因此有人把它稱為中級語言。生成目標代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。與匯編語言相比，用C 語言寫的程序可移植性好。但是， C 語言對程序員要求也高，程序員用 C 寫程序會感到限制少、靈活性大，功能強，但較其他高級語言在學習上要困難一些。 開發(fā)環(huán)境介紹 uVision 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng) c 語言的語法來開發(fā)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用 ,而且大大的提高了工作效率和項目開發(fā)周期 ,他還能嵌入?yún)R編，可以在關(guān)鍵的位置嵌入，使程序達到接近于匯編的工作效率。 本實驗用的是 Keil uVision4 在 STM32 基礎(chǔ)上進行的編程， uVision 的工程由源文件、開發(fā)工具選項及編程說明組成，且包含器件數(shù)據(jù)庫，可以看到該芯片的 Vendor、Family， Description（制作工藝、片上資源等）、 Option 等信息，可以自動 設(shè)置匯編器、編譯器、連接定位器及調(diào)試器選項。 uVision 的編輯器跟大家經(jīng)常使用的 VC或 VC++等開發(fā)環(huán)境類似，支持語法檢查、代碼編寫及調(diào)試等，支持匯編和 C 語言混合編程，編譯器可實現(xiàn)對 C51， stm32 等單片機的所有片上資源進行操作，支持三字 11 節(jié)的通用指針和特殊功能指針。調(diào)試器則可以提供原生的模擬調(diào)試環(huán)境，支持斷點和隨時查看當前源程序運行位置。其開發(fā)界面如圖表 3 所示。 圖表 3 開發(fā)界面 12 第四章 點陣光筆各模塊詳細設(shè)計 經(jīng)過上一章的介紹相信對本課題的開發(fā)環(huán)境及開發(fā)平臺有了比較深入的了解，接下來 讓我們進入系統(tǒng)設(shè)計階段。 關(guān)于 STM32 本課題的所有程序都是在 STM32 的基礎(chǔ)上編寫的，所以下面詳細介紹下 STM32的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及所用到的寄存器。 電源 STM32 的工作電壓 (VDD)為 ～ 。通過內(nèi)置的電壓調(diào)節(jié)器提供所需的 電源。當主電源 VDD掉電后，通過 VBAT 腳為實時時鐘 (RTC)和備份寄存器提供電源。如圖表 4 所示 13 圖表 4 電源框圖 低功耗 在系統(tǒng)或電源復位以后，微控制器處于運行狀態(tài)。運行狀態(tài)下的 HCLK 為 CPU 提供時鐘，內(nèi)核執(zhí)行程序代碼。當 CPU不需繼續(xù)運行時，可以利用多個低功耗模式來節(jié)省功耗，例如等待某個外部事件時。用戶需要根據(jù)最低電源消耗，最快速啟動時間和可用的喚醒源等條件，選定一個最佳的低功耗模式。 STM32F10xxx 有三中低功耗模式： 睡眠模式 (Cortex?M3 內(nèi)核停止，外設(shè)仍在運