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红外定位LED电子黑板设计[权威资料]
红外定位LED电子黑板设计
摘 要 本文从LED显示与触摸屏的理论及实际应用出发，设计一种数字电路控制红外定位LED电子黑板，它具有显示效果好、性能稳定、价格低等优点，适合各类学校教学使用。
【关键词】LED显示屏 红外定位 扫描 驱动
本文设计的红外定位LED电子黑板采用红外线做书写定位检测，用数字电路(或数字电路与单片机结合)进行控制，用高密度LED显示屏显示。与交互式电子白板相比具有以下优点:
(1)不需要电脑、投影仪设备，所以它的价格大大降低，使用寿命大大延长;
(2)它是LED直接发光显示文字，不存在书写者遮挡屏幕情况;
(3)显示亮度调节用一个旋钮控制，调节十分方便。
红外式LED电子黑板由LED显示屏与红外式光电检测定位两大部分组成，整体电路由LED显示屏控制电路、红外式光电检测定位电路、扫描脉冲产生电路及LED显示屏驱动电路组成，本文以 显示黑板为例进行具体电路设计，大屏LED黑板的设计在此基础上，只需要增加电路组数便可完成设计，其原理完全一致。
1 LED显示屏控制电路
LED显示控制电路的作用:一是通过扫描脉冲对它的控制对构成屏幕的发光二极管进行行、列扫描，是整个屏幕发光;二是根据红外式光电检测定位电路检测到的书写定位信号对LED显示屏进行控制使之按其书写位置进行发光显。LED显示屏控制电路由行扫描控制电路与列扫描控制电路两部分组成，其中行扫描为低电平驱动，列扫描为高电平驱动，
即:只有当行线为低电平、列线为高电平时，行列对应位置坐标的二极管才会发光，电路如图1所示。
扫描电路工作原理:
1.1 LED显示屏全清除功能
按一下清除按钮S2，所有D触发器Q都置1，该信号经过或门后使所有行扫描驱动端为高电平;经过或非门后使所有列扫描驱动端为低电平，致使LED显示屏中发光二极管全部熄灭，实现全清除功能，相当于把黑板上的字全部擦掉，即黑板没写字时的状态。
1.2 LED显示屏写字功能
S1断开，每个触发器D端输入为低电平0。当用模拟粉笔(黑色塑料笔)在黑板写字时，红外光电检测定位电路对应的行、列输出由低电平变为高电平，且写字笔过后该点对应的行、列输出又变为低电平，这样，写字的位置对应的行、列输出端就给出一个脉冲，这个脉冲就是行CLK和列CLK脉冲。在行、列写字脉冲过后，对应的D触发器输出端变为低电平0，在扫描脉冲到来时使写字的位置对应的行线驱动端为低电平、列线驱动端为高电平，致使写字对应位置的二极管发光，显示字形，即相当于在黑板上写字。
1.3 LED显示屏局部擦除功能
局部擦除时将S1闭合，则每个触发器D端输入为高电平1，当用模拟板擦在黑板擦字时，红外光电检测定位电路对擦除的位置对应的行、列输出端各给出一个CLK脉冲，这个脉冲过后，对应的D触发器输出端变为高电平1，使擦除的位置对应的行线驱动端为高电平、列线驱动端为低电平，致使擦除对应位置的二极管不发光，写的字被擦除，即相当于用黑板擦擦除黑板上不用的字。
2 光电检测定位电路
写字定位检测的方式很多，有电磁感应式、超声波式、红外光电式、CCD式等方式，但由于LED黑板尺寸加大更适合红外光电检测定位方式。红外光电检测定位电路由红外
发射管和接收管阵列组成，在LED屏幕左侧、上侧分别放置一行和一列红外发射管，在LED屏幕的右侧和下侧对应的行列放置接收管，如图2所示。当在屏幕(黑板)用模拟粉笔写字时，对应位置红外线被遮挡，相应的接收管接收不到红外线而截止，输出检测电压由原来的高电压变为低电压，即写字过后写字位置坐标对应的行、列分别输出一个脉冲(CLK)，控制显示屏使其与之对应的二极管发光，显示所写文字。
3 扫描脉冲产生电路
扫描脉冲产生电路由矩形波发生器、分频器、计数器和译码器组成，如图3所示。按列扫描速度等于16倍行扫描速度设计。
矩形波发生器由555定时电路及外围元件组成;分频器由CD4060组成;计数器由二进制计数器74HC193组成;译码器采用74HC154，下面分别介绍它们的工作原理。
3.1 矩形波发生器
矩形波发生器由NE555电路及定时元件构成多谐振荡器，它产生矩形波的频率为:
该频率的矩形波脉冲经计数器、译码器分配后作为列扫描脉冲。
3.2 分频器、计数器和译码器
分频器由14位二进制计数器CD4060构成，行扫描脉冲经过CD4060四分频后输出矩形波脉冲，该脉冲经计数器、译码器输出后作为行扫描脉冲，其中译码器采用4线-16线译码器74HC154，输出低电平有效的信号，控制LED显示驱动电路，对屏幕进行扫描。
4 LED显示屏驱动电路
LED显示屏(黑板)驱动电路如图4所示，行扫描驱动电路由16只PNP管C8550组成低电平导通驱动电路，列扫描驱动电路由16只NPN管C8050组成高电平导通驱动电路，电
路中R为限流电阻。屏幕显示亮度的调节可以通过控制电源电压Vcc的大小改变发光二级光电流实现。
本文设计的LED电子黑板，用普通的LED屏显示时由于LED点阵体积偏大导致分辨率偏低，采用高密度LED显示屏显示时，它的分辨率较高，可以满足书写教学使用。另外，扫描电路与LED显示屏控制电路也可以采用单片机与移位寄存器控制，完成相同功能的电路设计。
作者单位
黑河学院 黑龙江省黑河市 164300
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