2024年5月24日发(作者：可丁兰)
曩 ｃｈ技术的触 ＬＥＤ系统设计 基于ｏ技Ｃ了
Ｑｔｏｕｃｈ－ｂａｓｅｃｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｔｏｕｃｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒｏｔａｔｉｎ９ ＬＥＤ Ｓｙｓｔｅｍｓ 术
的
触
邱元瑞温坚刘路平莫明丹夏欢 摸
Ｑｉｕ Ｙｕａｎｒｕｉ Ｗｅｎ Ｊｉａｎ Ｌｉｕ Ｌｕｐｉｎｇ Ｍｏ Ｍｉｎｇｄａｉ１ Ｘｉａ Ｈｕａｎ 控
制
（江西财经大学软件与通信工程学院，江西南昌３３００１３） 旋
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ’Ｓｏｆｅｗａｒｅ＆Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＦｉｎａｎｃｃｅ ａｎｄ Ｅｃｏｎｍｉｃｓ， 转
广
Ｊｉａｎｇｘｉ Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００１３） ｍ 口
系
摘要：本文利用ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６数字信号处理器和无线收发芯片ＣＣＩ１０１以及ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ单片 统
设
机设计主要的硬件电路，实现触摸控制信号的接收处理、发送以及ＬＥＤ屏显示功能。加入ＬＥＤ驱动芯片 计
ＴＬＣ５９４７，实现对全彩ＬＥＤ的灰度控制，使原来单一的颜色显示变成全彩显示，效果更加绚烂夺目。
关键词：ＳＴＭ３２ＦｌＯ３ＲＢＴ６ Ｃｃ１１０１；ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ；ＴＬＣ５９４７；全彩显示
中图分类号：ＴＮ４９２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１－４７９２．（２０１１）７．０１３９．０４
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｄａｉｓ ｐａｐｅｒ ｕｓｉｎｇ ＳＴＭ３２Ｆ １ ０３ＲＢＴ６ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ＣＣ １ １ ０ １ ａｎｄ ｔｈｅ
ＡＴＭ匝ＧＡ８８Ｖ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ．ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆｔｈｅ ｔｏｕｃｈ ｓｉｇｎａｌ ｒｅｃｅｉｖ．
ｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｓｅｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｏｆ ｔｈｅ ＬＥＤ ｓｃｒｅｅｎ ｗｅｒｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ，ｔｈｅ ａｄｄｅｄ ｏｆ ＬＥＤ ｄｒｉｖｅｒ ｃｈｉｐ
ＴＬＣ５９４７，ｆｏｒ ｔｈｅ ｆ－ｕ１１ ｃｏｌｏｒ ＬＥＤ ｇｒａｙｓｃａｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄ ｈｔｅ ｓｉｎｇｌｅ ｃｏｌｏｒ ｄｉｓｐｌａｙ ｗａｓ ｂｅｃａｍｅ ｆｕ１１ ｃｏｌｏｒ ｄｉｓｐｌａｙ，ａｎｄ
ｈｔｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｅｆｆｅｃｔ、ｊｌ，ａｓ ａｍａｚｉｎｇ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓ ＦＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６；ＣＣｌ １０１：ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＴＬＣ５９４７；Ｆｕ１１ Ｃｏｌｏｒ Ｄｉｓｐｌａｙ
０引言 Ｑｔｏｕｃｈ触摸技术是利用人体手指接近或触碰
近年来，随着计算机技术的不断发展，各式各样 改变电路电容，实现电容式按键技术，可有效将设备
的计算机应用设备相继诞生，一个完整的应用系统 与应用环境隔离开，保证设备能够在稳定可靠的环
用于各种自动控制、智能方面。在各种设备中，显示 境下完成控制工作，广泛应用于工业制造和控制领
设备占有重要地位，就目前大多数显示设备控制是 域，为其提供美观、坚固、无磨损、无限寿命、绝对安
通过输入设备与输出设备同时作用才有效。最近几 全、低成本的操作界面。
年，出现了一种触控的设备，具备输入与输出设备同 旋转ＬＥＤ显示屏是一种通过同步控制发光二
体的效果。随着触控设备的应用范围逐渐加大，无论 极管（ＬＥＤ）位置和点亮状态来实现图文显示的新型
手机、相机还是随：身影音播放器，都竞相推出配置触 显示屏，因其结构新颖，成本低廉，可视视角达
控产品。而随着人们对于触控产品的接触越来越多， ３６０。而得到了迅速的发展。目前，常见的ＬＥＤ显示
触控的产品在近两年也被更多人所认可，发展速度 屏都是采用扫描方式进行显示的，其实现原理是通
逐渐加快。触控设备迅速地成长，不仅引起了更加激 过控制不同时间段内让不同批次的ＬＥＤ轮流点亮，
烈的竞争，也间接推动了触控技术的发展。 根据人眼的视觉暂留特性，当扫描帧频达到２４Ｈｚ
以上时，人眼便感觉不到扫描过程，而是一幅稳定的
★基金项目：国家大学生创新性实验项目 图像。旋转显示屏则是通过控制一行或一列ＬＥＤ快
（１０１０４２１３０）
１ ｇ
～
速移动位置和改变点亮状态来实现图形显示的，如
果ＬＥＤ在各位置循环变换速度足够快，最终同样可
以显示出一幅稳定的图像。
１系统硬件设计
整个系统由ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６（Ｍ３）、ＣＣ１１０１、
ＴＬＣ５９４７、ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ、ＪＴＡＧ以及电源模块等组
成，其系统结构框图如图一所示。
图一系统整体框图
图一中，ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６是核心控制单元，负
责整个系统的控制管理工作，包括处理ＣＣ１ １０１接
收的ＴＯＵＣＨ信号，对ＬＥＤ驱动芯片的控制等等；
而ＴＬＣ５９４７负责ＬＥＤ的驱动以及灰度控制；电源
模块是通过无线供电来处理的，解决了电刷供电时
的摩擦损耗问题；ＱＴＯＵＣＨ模块是通过ＡＶＲ单片
机ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ来控制的，感应的信号通过
ＣＣ１ １０１来进行发射；而ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６的外围
ＵＳＢ、串口以及相关的指示灯和按键是正常工作所
必须的，同时也是内部程序的下载接口。
１．１主控芯片电路
ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６通过已下载的程序控制旋转
ＬＥＤ屏的初始化以及正常显示，是整个系统的枢
纽，其丰富的Ｉ／Ｏ接口在硬件设计中为我们带来了
极大的便利。同时提高了数据交互的速率，最大程
地的节省了旋转ＬＥＤ屏的刷频时间。同时，
ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６通过其优越的数据处理能力，及
时处理从ＣＣ１ １０１接收芯片中接受到的ＴＯＵＣＨ信
号，并能够高效率地完成指令的执行工作。系统主
控电路如图＿￣ｔ４ｊ所示。ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６的主要特点
日下：
◆内核为ＡＲＭ３２位Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３ ＣＰＵ；
◆低功耗，供电电压２．０￣３．６Ｖ；
◆片上集成数据ＲＡＭ ２０ＫＢ，Ｆｌａｓｈ容量为
】４Ｑ
１２８ＫＢ；
◆拥有高达５１个快速Ｉ／Ｏ端口；
◆２个１２位的ＵＳ级的１６通道Ａ／Ｄ转换器；
◆多达ｌ１个定时器以及１３个通信接口，支持
ＣＡＮ／Ｉ２Ｃ／ＳＰＩ／ＵＳＡＲＴ／ＵＳＢ五种类型接口。
ｘ２ ，
黧
｛＝＝ 运罄 懑
图二ＳＴＭ３２Ｆ１ ０３ＲＢＴ６主控电路
１．２ ＴＬＣ５９４７模块
ＴＬＣ５９４７是ＴＩ公司推出的一款２４通道、１２位
ＰＷＭ灰度控制的恒定电流输出型ＬＥＤ驱动芯片
嘲
。
内置４ＭＨｚ时钟，单片工作模式下最高数据转换
速率可达到３０ＭＪＪｚ，级联工作时可达到１ ５ＭＨｚ，同
时具有超温自动断电的保护功能，为系统的正常运
行提供有效保障。ＴＬＣ５９４７只需要通过四个端口
（ＤＡＴ ＳＣＩ，Ｋ／Ⅺ，ＡＴ／ＢＬ ）的控制便能实现对
２４个ＬＥＤ端口的控制，操作简单快捷。同时，该芯
片为了适应不同类型的ＬＥＤ，可以通过控制ＩＲＥＦ
控制管脚外接的电阻阻值来控制输出电流的大小，
从而提高芯片的使用范围。在系统设计中，只需将四
个数据控制端口与主控芯片ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６的
高速Ｉ／Ｏ相连接便可，同时为了实现对ＬＥＤ屏更为
便捷的控制，我们采用的是各驱动芯片独立使用，提
高了数据处理的速度，尽可能多的节省了ＬＥＤ屏幕
刷新时间。为了适合控制后级的ＲＧＢ三色ＬＥＤ，我
们采用的输出电流为１５ｍＡ。
１．３ ＣＣ１１０１与ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ电路
系统的通信是通过无线收发芯片ＣＣ１ １ Ｏ１来实
现的。ＣＣ１１０１是ＴＩ公司生产的一款低成本、低功耗、
收发频率低于１ＧＨｚ的无线收发芯片，其电路应用一
般旨在为ＩｓＭ（工业、科学和医疗）和ＳＲＤ（短距离设
备）频带在３ １ ５，４３３，８６８和９１５兆赫兹的设备提供无
统的初始化。在初始化过程中设定ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６
的时钟配置、端口配置以及中断声明等等，同时对
ＬＥＤ驱动芯片进行数据的刷新，防止原有的数据对
正常显示产生影响。同时对无线通讯的ＣＣＩ １０１芯
线通讯嘲。Ｑｔｏｕｃｈ触摸电路则是使用ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ
单片机来实现，通过检测电路中电容值的改变来获
得信号，从而将信号通过ＣＣ１ １０１发送到主控芯片
ＳＴＭ３２Ｆｌ０３ＲＢＴ６中。Ｑｔｏｕｃｈ电路主要是应用人体
电极来改变电路板中感应片的电容值，从而为检测
电路提供信号。各模块硬件电路分别如图三、图四
所示。
２系统软件设计
ｍＦ Ｅｌ
…一
ｍ
图三ＣＣ１１０１模块
基于ｏ．【０ｕｃ了技术的触摸控制旋转广ｍ０系统设计
图四ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ模块
系统的软件总框图如图五所示。图五中，初始
化模块包括ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６／ＴＬＣ５９４７／ＣＣ１ １０１系
片进行开启，以确保能接收正常信号。之后再等待屏
幕的正常显示，通过等待判断是否接收到ＴＯＵＣＨ
信号，如果有，则按信号相关设定程序改变显示的内
容或者方式，一直反复执行等待，最后结束。
２．１旋转ＬＥＤ屏算法设计
初始化Ａ Ｒ Ｍ。ＴＬＣ ５ ９ ４７，开启无线通讯
一
Ｌ
执行命令
Ｎ
图五主程序流程图
２．１．１算法框架
旋转ＬＥＤ屏的算法构架是基于直角坐标到圆
坐标的转换。通过改变不同位置点上的ＬＥＤ的亮灭
变换，以及人眼的视觉暂留效应来实现整个屏幕的
动态显示。其中ＬＥＤ屏在点设计的基础上，转换为
线设计，即在旋转的ＬＥＤ上画出一条直线，我们采
用了Ｂｒｅｓｅｎｈａｍ直线演算法实现了直线、曲线的设
计，从而在线设计的基础上扩展为图形的设计。
２．１．２直角坐标到圆坐标的转换算法
在旋转ＬＥＤ的实现中，为了使主控芯片能够处
理旋转ＬＥＤ不同位置的数据问题，在设计时我们要
将弧度坐标数据转换成角度坐标（圆坐标）数据，从
～
而让我们的系统能够正常工作。 电路，同时在显示方式上也作了本质的变化，使得显
其中计算的公式为：距离ｒ为：ｒ＝、 ＋ｙ。，
为防止在转换中出现负数数据，因此我们加入了
（３６０＋０．５）度的角度优化算法：ａ １８０ ａｒｃｔａｎ（ｘ／ｙ）
／ｒｒ＋３６０＋０．５。
示系统更加炫目，夺人眼球。整个系统集合了当今比
较流行的三种电路特色：无线传输、Ｑｔｏｕｃｈ控制、旋
转ＬＥＤ屏显示，结构简单，极具观赏性。实验过程
中，我们通过改变主控芯片的程序实现了对不同内
容的显示，同时通过Ｑｔｏｕｃｈ按键信息实现了对显示 ２．１．３ Ｂｒｅｓｅｎｈａｍ直线演算法同
Ｂｒｅｓｅｎｈａｍ直线演算法的提出是为了描绘在两
个点之间做决定的直线的算法。通过应用简单的整
数加减法和位元移动，来绘制屏幕中的各种直线。
假设我们要绘制的直线两点坐标为（ｘ０，ｙＯ），
（ｘｌ，ｙ１），ｘ、Ｙ分别代表其水平及垂直座标，并且ｘ１－
ｘＯ＞ｙｌ—ｙＯ。在此我们使用的座标系规则为Ｘ座标
值沿Ｘ轴向右增长，ｙ座标值沿Ｙ轴向下增长。我们
可以计算得到两点之间的斜率必定介乎于ｌ至０之
间。而此算法之目的，就是找出在ｘ０与ｘｌ之间，第
ｘ行相对应的第Ｙ列，从而得出一像素点，使得该像
素点的位置最接近原本的线。
要实行此算法，我们需计算每一像素点与该线
之间的误差。于上述例子中，误差应为每一点Ｘ中
其相对的像素点之Ｙ值与该线实际之Ｙ值的差距。
每当Ｘ的值增加１，误差的值就会增加ｍ；每当误差
的值超出（）．５，线就会比较靠近下一个映像点。因此
Ｙ的值便会加１，且误差减ｌ。
３结束语
本文讨论基于Ｑｔｏｕｃｈ技术触摸控制的旋转
ＬＥＤ系统的设计， 采用ＡＲＭ处理器
ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６作为主控芯片和ＬＥＤ驱动芯片
ＴＬＣ５９４７以及单片机触摸检测电路，经由无线传输
芯片ＣＣ１】０１进行信息的交互之后，实现旋转ＬＥＤ
屏幕的显示控制及刷新控制。ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６将
接收到的不同触控信号进行处理，最后以数据的形
式写入到］ＬＥＤ驱动芯片ＴＬＣ５９４７中，利用该芯片
的灰度控制功能，对ＲＧＢ三色ＬＥＤ进行混色，从而
形成一种全彩的效果。这一系统最大的新颖之处在
于一改传统的单色ＬＥＤ屏显示方式，实现全彩显
示，同时，继承了原有的用少量ＬＥＤ灯实现全屏显
示的特点，不仅在结构上大大简化了传统ＬＥＤ屏的
屏的信息刷新功能。
参考文献
［１］王永虹，徐炜，郝立平．ＳＴＭ３２系列ＡＲＭ Ｃｏｒ－
ｔｅｘ—Ｍ３［Ｊ］．微控制器原理与实践，２００８．
［２］德州仪器．ＴＬＣ５９４７．ｐｄ￣ｈｔｔｐ：／／ｆｏｃｕｓ．ｔｉ．ｃｏｍ／ｄｏｃｓ
／ｐｒｏｄ／ｆｏｌｄｅｒｓ／ｐｒｉｎｔ／ｔｌｃ５９４７．ｈｔｍ１．
［３】德州仪器．ＣＣ Ｉ １ ０ １．ｐｄｆ．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉ．ｃｏｍ．ｃｒｇｃｎ／
ｌｉｔ／ｄｓ／ｓｙｍｌｉｎｋ／ｃｃ １ １ ０ １．ｐｄ￣
［４］周润景，袁伟庭，张鹏飞．Ｃａｄｅｎｃｅ高速电路
板设计与仿真（第３版）口 ．２００９．
［５］谭浩强．ｃ程序设计［Ｍ］．北京：清华大学出版
社，２００６．
［６维基解密・６］布雷森汉姆．直线算法：ｈｔｔｐ：ｌｌｚｈ．
ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒ＃ｗｉ￣／％Ｅ５％Ｂ８％８３％Ｅ９％９Ｂ％Ｂ７％
Ｅ６％Ａ３％ＡＥ％Ｅ６％ＢＣ％Ａ２％Ｅ５％Ａ７％８６％Ｅ７％
９Ｂ％Ｂ４％Ｅ７％Ｂ７０／ｏ７＾０／ｏＬ ｕ０／ｕＪＪ、 ０／ｏ７ ｔ０／ｏＪｊ，０／ｕｆ１ Ｉｊ０ ａ９７％
Ｅ６％Ｂ３％９５．
作者简介
邱元瑞（１９８８一），男，江西兴国人，本科生，主要
研究方向：电子信息工程专业；
温坚（１９９Ｏ一），男，江西石城人，本科生，主要研
究方向：电子信息工程专业；
刘路平（１９８８一），女，江西资溪人，本科生，主要
研究方向：电子信息工程专业；
莫明丹（１９９Ｏ一），女，海南定安人，本科生，主要
研究方向：电子信息工程专业；
夏欢（１９９ ），女，江西丰城人，本科生，主要研
究方向：电子科学与技术专业。
2024年5月24日发(作者：可丁兰)
曩 ｃｈ技术的触 ＬＥＤ系统设计 基于ｏ技Ｃ了
Ｑｔｏｕｃｈ－ｂａｓｅｃｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｔｏｕｃｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒｏｔａｔｉｎ９ ＬＥＤ Ｓｙｓｔｅｍｓ 术
的
触
邱元瑞温坚刘路平莫明丹夏欢 摸
Ｑｉｕ Ｙｕａｎｒｕｉ Ｗｅｎ Ｊｉａｎ Ｌｉｕ Ｌｕｐｉｎｇ Ｍｏ Ｍｉｎｇｄａｉ１ Ｘｉａ Ｈｕａｎ 控
制
（江西财经大学软件与通信工程学院，江西南昌３３００１３） 旋
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ’Ｓｏｆｅｗａｒｅ＆Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＦｉｎａｎｃｃｅ ａｎｄ Ｅｃｏｎｍｉｃｓ， 转
广
Ｊｉａｎｇｘｉ Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００１３） ｍ 口
系
摘要：本文利用ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６数字信号处理器和无线收发芯片ＣＣＩ１０１以及ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ单片 统
设
机设计主要的硬件电路，实现触摸控制信号的接收处理、发送以及ＬＥＤ屏显示功能。加入ＬＥＤ驱动芯片 计
ＴＬＣ５９４７，实现对全彩ＬＥＤ的灰度控制，使原来单一的颜色显示变成全彩显示，效果更加绚烂夺目。
关键词：ＳＴＭ３２ＦｌＯ３ＲＢＴ６ Ｃｃ１１０１；ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ；ＴＬＣ５９４７；全彩显示
中图分类号：ＴＮ４９２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１－４７９２．（２０１１）７．０１３９．０４
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｄａｉｓ ｐａｐｅｒ ｕｓｉｎｇ ＳＴＭ３２Ｆ １ ０３ＲＢＴ６ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ＣＣ １ １ ０ １ ａｎｄ ｔｈｅ
ＡＴＭ匝ＧＡ８８Ｖ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ．ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆｔｈｅ ｔｏｕｃｈ ｓｉｇｎａｌ ｒｅｃｅｉｖ．
ｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｓｅｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｏｆ ｔｈｅ ＬＥＤ ｓｃｒｅｅｎ ｗｅｒｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ，ｔｈｅ ａｄｄｅｄ ｏｆ ＬＥＤ ｄｒｉｖｅｒ ｃｈｉｐ
ＴＬＣ５９４７，ｆｏｒ ｔｈｅ ｆ－ｕ１１ ｃｏｌｏｒ ＬＥＤ ｇｒａｙｓｃａｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄ ｈｔｅ ｓｉｎｇｌｅ ｃｏｌｏｒ ｄｉｓｐｌａｙ ｗａｓ ｂｅｃａｍｅ ｆｕ１１ ｃｏｌｏｒ ｄｉｓｐｌａｙ，ａｎｄ
ｈｔｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｅｆｆｅｃｔ、ｊｌ，ａｓ ａｍａｚｉｎｇ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓ ＦＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６；ＣＣｌ １０１：ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＴＬＣ５９４７；Ｆｕ１１ Ｃｏｌｏｒ Ｄｉｓｐｌａｙ
０引言 Ｑｔｏｕｃｈ触摸技术是利用人体手指接近或触碰
近年来，随着计算机技术的不断发展，各式各样 改变电路电容，实现电容式按键技术，可有效将设备
的计算机应用设备相继诞生，一个完整的应用系统 与应用环境隔离开，保证设备能够在稳定可靠的环
用于各种自动控制、智能方面。在各种设备中，显示 境下完成控制工作，广泛应用于工业制造和控制领
设备占有重要地位，就目前大多数显示设备控制是 域，为其提供美观、坚固、无磨损、无限寿命、绝对安
通过输入设备与输出设备同时作用才有效。最近几 全、低成本的操作界面。
年，出现了一种触控的设备，具备输入与输出设备同 旋转ＬＥＤ显示屏是一种通过同步控制发光二
体的效果。随着触控设备的应用范围逐渐加大，无论 极管（ＬＥＤ）位置和点亮状态来实现图文显示的新型
手机、相机还是随：身影音播放器，都竞相推出配置触 显示屏，因其结构新颖，成本低廉，可视视角达
控产品。而随着人们对于触控产品的接触越来越多， ３６０。而得到了迅速的发展。目前，常见的ＬＥＤ显示
触控的产品在近两年也被更多人所认可，发展速度 屏都是采用扫描方式进行显示的，其实现原理是通
逐渐加快。触控设备迅速地成长，不仅引起了更加激 过控制不同时间段内让不同批次的ＬＥＤ轮流点亮，
烈的竞争，也间接推动了触控技术的发展。 根据人眼的视觉暂留特性，当扫描帧频达到２４Ｈｚ
以上时，人眼便感觉不到扫描过程，而是一幅稳定的
★基金项目：国家大学生创新性实验项目 图像。旋转显示屏则是通过控制一行或一列ＬＥＤ快
（１０１０４２１３０）
１ ｇ
～
速移动位置和改变点亮状态来实现图形显示的，如
果ＬＥＤ在各位置循环变换速度足够快，最终同样可
以显示出一幅稳定的图像。
１系统硬件设计
整个系统由ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６（Ｍ３）、ＣＣ１１０１、
ＴＬＣ５９４７、ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ、ＪＴＡＧ以及电源模块等组
成，其系统结构框图如图一所示。
图一系统整体框图
图一中，ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６是核心控制单元，负
责整个系统的控制管理工作，包括处理ＣＣ１ １０１接
收的ＴＯＵＣＨ信号，对ＬＥＤ驱动芯片的控制等等；
而ＴＬＣ５９４７负责ＬＥＤ的驱动以及灰度控制；电源
模块是通过无线供电来处理的，解决了电刷供电时
的摩擦损耗问题；ＱＴＯＵＣＨ模块是通过ＡＶＲ单片
机ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ来控制的，感应的信号通过
ＣＣ１ １０１来进行发射；而ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６的外围
ＵＳＢ、串口以及相关的指示灯和按键是正常工作所
必须的，同时也是内部程序的下载接口。
１．１主控芯片电路
ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６通过已下载的程序控制旋转
ＬＥＤ屏的初始化以及正常显示，是整个系统的枢
纽，其丰富的Ｉ／Ｏ接口在硬件设计中为我们带来了
极大的便利。同时提高了数据交互的速率，最大程
地的节省了旋转ＬＥＤ屏的刷频时间。同时，
ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６通过其优越的数据处理能力，及
时处理从ＣＣ１ １０１接收芯片中接受到的ＴＯＵＣＨ信
号，并能够高效率地完成指令的执行工作。系统主
控电路如图＿￣ｔ４ｊ所示。ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６的主要特点
日下：
◆内核为ＡＲＭ３２位Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３ ＣＰＵ；
◆低功耗，供电电压２．０￣３．６Ｖ；
◆片上集成数据ＲＡＭ ２０ＫＢ，Ｆｌａｓｈ容量为
】４Ｑ
１２８ＫＢ；
◆拥有高达５１个快速Ｉ／Ｏ端口；
◆２个１２位的ＵＳ级的１６通道Ａ／Ｄ转换器；
◆多达ｌ１个定时器以及１３个通信接口，支持
ＣＡＮ／Ｉ２Ｃ／ＳＰＩ／ＵＳＡＲＴ／ＵＳＢ五种类型接口。
ｘ２ ，
黧
｛＝＝ 运罄 懑
图二ＳＴＭ３２Ｆ１ ０３ＲＢＴ６主控电路
１．２ ＴＬＣ５９４７模块
ＴＬＣ５９４７是ＴＩ公司推出的一款２４通道、１２位
ＰＷＭ灰度控制的恒定电流输出型ＬＥＤ驱动芯片
嘲
。
内置４ＭＨｚ时钟，单片工作模式下最高数据转换
速率可达到３０ＭＪＪｚ，级联工作时可达到１ ５ＭＨｚ，同
时具有超温自动断电的保护功能，为系统的正常运
行提供有效保障。ＴＬＣ５９４７只需要通过四个端口
（ＤＡＴ ＳＣＩ，Ｋ／Ⅺ，ＡＴ／ＢＬ ）的控制便能实现对
２４个ＬＥＤ端口的控制，操作简单快捷。同时，该芯
片为了适应不同类型的ＬＥＤ，可以通过控制ＩＲＥＦ
控制管脚外接的电阻阻值来控制输出电流的大小，
从而提高芯片的使用范围。在系统设计中，只需将四
个数据控制端口与主控芯片ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６的
高速Ｉ／Ｏ相连接便可，同时为了实现对ＬＥＤ屏更为
便捷的控制，我们采用的是各驱动芯片独立使用，提
高了数据处理的速度，尽可能多的节省了ＬＥＤ屏幕
刷新时间。为了适合控制后级的ＲＧＢ三色ＬＥＤ，我
们采用的输出电流为１５ｍＡ。
１．３ ＣＣ１１０１与ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ电路
系统的通信是通过无线收发芯片ＣＣ１ １ Ｏ１来实
现的。ＣＣ１１０１是ＴＩ公司生产的一款低成本、低功耗、
收发频率低于１ＧＨｚ的无线收发芯片，其电路应用一
般旨在为ＩｓＭ（工业、科学和医疗）和ＳＲＤ（短距离设
备）频带在３ １ ５，４３３，８６８和９１５兆赫兹的设备提供无
统的初始化。在初始化过程中设定ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６
的时钟配置、端口配置以及中断声明等等，同时对
ＬＥＤ驱动芯片进行数据的刷新，防止原有的数据对
正常显示产生影响。同时对无线通讯的ＣＣＩ １０１芯
线通讯嘲。Ｑｔｏｕｃｈ触摸电路则是使用ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ
单片机来实现，通过检测电路中电容值的改变来获
得信号，从而将信号通过ＣＣ１ １０１发送到主控芯片
ＳＴＭ３２Ｆｌ０３ＲＢＴ６中。Ｑｔｏｕｃｈ电路主要是应用人体
电极来改变电路板中感应片的电容值，从而为检测
电路提供信号。各模块硬件电路分别如图三、图四
所示。
２系统软件设计
ｍＦ Ｅｌ
…一
ｍ
图三ＣＣ１１０１模块
基于ｏ．【０ｕｃ了技术的触摸控制旋转广ｍ０系统设计
图四ＡＴＭＥＧＡ８８Ｖ模块
系统的软件总框图如图五所示。图五中，初始
化模块包括ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６／ＴＬＣ５９４７／ＣＣ１ １０１系
片进行开启，以确保能接收正常信号。之后再等待屏
幕的正常显示，通过等待判断是否接收到ＴＯＵＣＨ
信号，如果有，则按信号相关设定程序改变显示的内
容或者方式，一直反复执行等待，最后结束。
２．１旋转ＬＥＤ屏算法设计
初始化Ａ Ｒ Ｍ。ＴＬＣ ５ ９ ４７，开启无线通讯
一
Ｌ
执行命令
Ｎ
图五主程序流程图
２．１．１算法框架
旋转ＬＥＤ屏的算法构架是基于直角坐标到圆
坐标的转换。通过改变不同位置点上的ＬＥＤ的亮灭
变换，以及人眼的视觉暂留效应来实现整个屏幕的
动态显示。其中ＬＥＤ屏在点设计的基础上，转换为
线设计，即在旋转的ＬＥＤ上画出一条直线，我们采
用了Ｂｒｅｓｅｎｈａｍ直线演算法实现了直线、曲线的设
计，从而在线设计的基础上扩展为图形的设计。
２．１．２直角坐标到圆坐标的转换算法
在旋转ＬＥＤ的实现中，为了使主控芯片能够处
理旋转ＬＥＤ不同位置的数据问题，在设计时我们要
将弧度坐标数据转换成角度坐标（圆坐标）数据，从
～
而让我们的系统能够正常工作。 电路，同时在显示方式上也作了本质的变化，使得显
其中计算的公式为：距离ｒ为：ｒ＝、 ＋ｙ。，
为防止在转换中出现负数数据，因此我们加入了
（３６０＋０．５）度的角度优化算法：ａ １８０ ａｒｃｔａｎ（ｘ／ｙ）
／ｒｒ＋３６０＋０．５。
示系统更加炫目，夺人眼球。整个系统集合了当今比
较流行的三种电路特色：无线传输、Ｑｔｏｕｃｈ控制、旋
转ＬＥＤ屏显示，结构简单，极具观赏性。实验过程
中，我们通过改变主控芯片的程序实现了对不同内
容的显示，同时通过Ｑｔｏｕｃｈ按键信息实现了对显示 ２．１．３ Ｂｒｅｓｅｎｈａｍ直线演算法同
Ｂｒｅｓｅｎｈａｍ直线演算法的提出是为了描绘在两
个点之间做决定的直线的算法。通过应用简单的整
数加减法和位元移动，来绘制屏幕中的各种直线。
假设我们要绘制的直线两点坐标为（ｘ０，ｙＯ），
（ｘｌ，ｙ１），ｘ、Ｙ分别代表其水平及垂直座标，并且ｘ１－
ｘＯ＞ｙｌ—ｙＯ。在此我们使用的座标系规则为Ｘ座标
值沿Ｘ轴向右增长，ｙ座标值沿Ｙ轴向下增长。我们
可以计算得到两点之间的斜率必定介乎于ｌ至０之
间。而此算法之目的，就是找出在ｘ０与ｘｌ之间，第
ｘ行相对应的第Ｙ列，从而得出一像素点，使得该像
素点的位置最接近原本的线。
要实行此算法，我们需计算每一像素点与该线
之间的误差。于上述例子中，误差应为每一点Ｘ中
其相对的像素点之Ｙ值与该线实际之Ｙ值的差距。
每当Ｘ的值增加１，误差的值就会增加ｍ；每当误差
的值超出（）．５，线就会比较靠近下一个映像点。因此
Ｙ的值便会加１，且误差减ｌ。
３结束语
本文讨论基于Ｑｔｏｕｃｈ技术触摸控制的旋转
ＬＥＤ系统的设计， 采用ＡＲＭ处理器
ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６作为主控芯片和ＬＥＤ驱动芯片
ＴＬＣ５９４７以及单片机触摸检测电路，经由无线传输
芯片ＣＣ１】０１进行信息的交互之后，实现旋转ＬＥＤ
屏幕的显示控制及刷新控制。ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＢＴ６将
接收到的不同触控信号进行处理，最后以数据的形
式写入到］ＬＥＤ驱动芯片ＴＬＣ５９４７中，利用该芯片
的灰度控制功能，对ＲＧＢ三色ＬＥＤ进行混色，从而
形成一种全彩的效果。这一系统最大的新颖之处在
于一改传统的单色ＬＥＤ屏显示方式，实现全彩显
示，同时，继承了原有的用少量ＬＥＤ灯实现全屏显
示的特点，不仅在结构上大大简化了传统ＬＥＤ屏的
屏的信息刷新功能。
参考文献
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作者简介
邱元瑞（１９８８一），男，江西兴国人，本科生，主要
研究方向：电子信息工程专业；
温坚（１９９Ｏ一），男，江西石城人，本科生，主要研
究方向：电子信息工程专业；
刘路平（１９８８一），女，江西资溪人，本科生，主要
研究方向：电子信息工程专业；
莫明丹（１９９Ｏ一），女，海南定安人，本科生，主要
研究方向：电子信息工程专业；
夏欢（１９９ ），女，江西丰城人，本科生，主要研
究方向：电子科学与技术专业。