摘 要

本毕业设计的研究内容是基于单片机的LED点阵书写显示屏的设计及制作。该研究课题的系统硬件部分主要由单片机最小系统模块、16*16LED点阵模块、点阵驱动电路模块、独立按键电路模块、光笔电路模块组成。软件部分利用KEIL U VISION4软件编译环境，运用单片机C语言编写程序来实现手写屏的划亮，反显，擦除，连写多字等多种功能。

这篇论文详细的介绍了系统的设计方案论证、硬件部分原理说明、软件部分原理及流程说明以及结果分析。本设计采用STC12C5A60S2单片机为控制核心，以及经典的74LS138 74HC595芯片驱动LED点阵方案，使用3DU33光敏三极管制作光笔，使用独立按键来实现功能的选择。在硬件方面系统的原理较为简单，实现起来较为容易，软件方面采用了单片机C语言，程序结构清晰易读。总的来说设计的比较符合要求，实物制作也比较顺利。

关键词：单片机；LED点阵；C语言；光笔

Abstract

The research content of this graduation design is the design and production of LED dot matrix writing screen based on single-chip microcomputer. The system hardware of this research project is mainly composed of the minimum system of the single-chip microcomputer, 16*16 LED dot matrix, dot matrix drive circuit, independent key circuit, and light pen circuit. The software uses the KEIL U VISION4 software to compile the environment, uses the one-chip computer C language to write the program to realize the writing screen's bright, the reverse display, the erasing, writes many characters and so on many kinds of functions.

This paper introduced in detail the design of the system proposal, the hardware part of the principle description, software part of the principle and process description and result analysis. This design uses STC12C5A60S2 microcontroller as the control core, and the classic 74LS138 74HC595 chip driver LED dot matrix program, use 3DU33 phototransistor to make light pen, use independent keys to achieve the function of choice. In terms of hardware, the principle of the system is relatively simple and easy to implement. The software uses a single-chip microcomputer C language, and the program structure is clear and easy to read. In general, the design is more in line with the requirements, and physical production is also relatively smooth.

Key Words：SCM; LED dot matrix; C language; light pen

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究课题的背景 1

1.1.1 写字板的发展背景 1

1.1.2 单片机的发展背景 2

1.2 研究课题的意义 3

第2章 系统方案的确定 5

2.1 单片机系统的确定 5

2.2 点阵驱动方案的确定 5

2.3 显示方案的确定 6

2.4 光笔方案的确定 6

第3章 系统硬件设计 8

3.1 系统硬件总体设计 8

3.2 单片机最小系统设计 8

3.2.1 单片机引脚图 8

3.2.2 时钟电路 8

3.2.3 复位电路 9

3.2.4 EA/VPP引脚 10

3.2.5 P0端口 10

3.3 LED点阵设计 10

3.4 LED点阵驱动电路设计 12

3.5 光笔电路设计 15

3.6 按键电路设计 15

第4章 系统软件设计 17

4.1 编译环境介绍 17

4.2 系统总体流程设计 18

4.3 LED点阵扫描函数设计 18

4.4 按键扫描函数设计 21

4.5 光笔中断函数设计 21

4.6 功能函数设计 22

4.6.1 划亮函数设计 22

4.6.2 反显函数设计 23

4.6.3 屏幕擦除函数设计 23

4.6.4 笔画擦除函数设计 24

4.6.5 连写多字函数设计 24

第5章 总结 26

5.1 结果分析 26

5.2 总结与体会 28

参考文献 30

致 谢 31

绪论

1.1 研究课题的背景

1.1.1 写字板的发展背景

随着社会生产力和科技的快速发展，越来越多的电子设备更新换代，层出不穷。在这么多的电子设备中，输入输出设备是经久不衰的大众需求。在输入设备领域，因为一些人并不适应电子设备传统的键盘输入方式，就有了手写输入文字和绘画输入的需求，市场上开始出现了多种多样的手写绘画输入设备，包括手机的手写笔、绘图的画图板、手写的LED广告屏等。伴随着计算机的普及和互联网技术的流行，人们对于网络上信息的需求和依赖越来越强，但是传统的键盘打字方式对于那些年长的以及不怎么接触电脑技术的人来说，是一件十分困难而且需要长久练习的事。而这时手写屏就成为了一个十分容易上手也特别方便的输入设备，只需要人们像以往习惯的写字那样操作就能轻松的打字。在当前的市场，智能手机的触摸屏就实现了手写打字功能，让老一辈的人们也能畅游在互联网的海洋中，不得不说这项技术方便了无数的人。

而在输出设备领域，LED屏幕是一个全新的信息输出载体，它是由计算机技术及相关的微电子和光电子技术的快速发展形成的。LED显示屏是一种面积可以自定义大小的显示屏幕，其主要结构是由LED发光二极管构成点阵单元或由像素单元组成模块，并且可依据LED点阵显示原理及光敏元件检测光强输出高低电平的原理实现手写屏幕的功能。由于LED显示器具有稳定性强，使用寿命长，色彩鲜艳，功耗低，可定制的屏幕尺寸等优点，已被广泛应用于信息显示载体领域。它被大量应用于金融，税务，工商，邮电，体育，广告，厂矿，交通，教育系统，车站，码头，机场，商场，医院，酒店，银行，证券市场，建筑市场，拍卖行，工业企业管理等公共场所。现在信息传输手段由于有了LED显示屏的出现，变得更加可靠稳定、明了直观，实现了信息的无障碍交流。LED显示屏的大量应用使得信息传输时间被大大节省，且所需要花费的成本也大为降低，对工作效率的提升可以说是颇为明显。

写字板画图板作为手写笔和LED显示屏的结合体，因为其所具有的多种优点，而被广泛应用从而飞速发展。这些优点概括起来是：工作电压较低、小型化、亮度高、能耗较小、稳定性高、抗冲击性好和使用寿命长。写字板目前正朝着更高的发光密度、更高耐气候性、更高亮度、更好的发光均匀性，可靠性方向发展，可以说是发展前景极为广阔。

1.1.2 单片机的发展背景

单片机是一种在一片集成电路上制作的微型计算机。在现代术语中，它与SOC（System on Chip）片上系统相似但没有那么复杂; 一个SoC可能包含一个单片机作为其组件之一。单片机通常包括中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口以及中断系统、定时器/计数器等（有一些还包括脉宽调制电路、显示驱动电路、模拟多路转换器、A/D转换器等），往往采用超大规模集成电路技术把这些模块集中在一块芯片上^[1]。与个人电脑中使用的微处理器或由各种分立芯片组成的其他通用系统比较，单片机更合适在嵌入式系统上的应用。

单片机的应用十分广阔，在工业控制领域的成果最为突出。在家用电器的智能化方面，单片机是主要的控制核心，从洗衣机到空调到电饭煲到热水器，一切有控制面板的家电都有单片机的身影。在工业控制自动化领域，各种机械控制、测控系统、PCL等等都要用到单片机，这是应用单片机最早的领域。在通信领域，单片机由于自身就有通信接口，可以非常方便的与各种通信设备相连接，手机、电话、呼叫机、对讲机等等通信设备的智能控制都利用了单片机。在国家前沿领域例如航空航天、军事国防、无人汽车等，单片机也起到了至关重要的作用。可以说在一切需要智能化操作的设备领域，单片机都是不可或缺的，它已经彻底融入了我们的生活，让我们的生活快捷方便。

世界上第一块微处理器芯片是在1971年诞生，是由INTEL公司的霍夫研发的INTEL 4004芯片，它是一块4位的微处理器芯片，这标志着微处理器时代的开始^[2]。

在1971年11月，INTEL推出了第一代微型计算机系统MCS-4，它由4004微处理器芯片、4001ROM芯片、4002RAM芯片、4003移位寄存器芯片组成，这种微机系统的计算性能大为提升，远超了当年的ENIAC。

第一块8位的微处理器芯片INTEL 8008在1972年4月由霍夫等人发布，其构造还是和4004芯片一样，属于P沟道MOS微处理器，还是第一代微处理器。

在1973年的8月，第二代位处理器诞生，是由霍夫等人研发的8位微处理器INTEL 8080。这种新型处理器采用的是N沟道MOS电路，在性能上较上一代微处理器有较大提升，其运算处理能力比8008芯片快了10倍，最多可存储64KB的数据^[3]。

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