LED點(diǎn)陣模塊的感光屏設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一種LED點(diǎn)陣感光屏的感光原理及其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)C8051F020單片機(jī)及LED點(diǎn)陣模塊構(gòu)成的點(diǎn)陣感光屏，利用LED PN結(jié)的光導(dǎo)效應(yīng)，展示了LED作為低價(jià)、穩(wěn)定的光電檢測(cè)器件的強(qiáng)大功能。
關(guān)鍵詞：LED點(diǎn)陣感光屏；光導(dǎo)；光電壓；光電流

引言
2009年電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽有一道關(guān)于LED點(diǎn)陣書寫屏的題目，這道題目要求在LED點(diǎn)陣顯示屏上實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)亮、劃亮、反顯、整屏擦除、筆畫擦除、連寫多字、對(duì)象拖移”等書寫顯示功能。初見此題想到的是，按題目的提示，采用光電三極管作為感光元件，記錄坐標(biāo)。事實(shí)上，很多成功的參賽隊(duì)也是按照此方案獲得了競(jìng)賽大獎(jiǎng)。
本題為L(zhǎng)ED點(diǎn)陣新應(yīng)用的開發(fā)提供了很好的方向，但對(duì)點(diǎn)陣感光屏來(lái)說(shuō)，能否有更好的實(shí)現(xiàn)方法呢?根據(jù)光電效應(yīng)，PN結(jié)在光的激勵(lì)下可以改變其電阻率，而LED也是PN結(jié)，那么能否利用LED的PN結(jié)特性完成點(diǎn)陣感光屏呢?經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)探討，我們發(fā)現(xiàn)LED本身就具有很好的感光能力，這樣一來(lái)，感光屏就可以完全利用LED的感光特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文就利用一塊8×8的點(diǎn)陣屏，結(jié)合C8051F020單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了一塊具有感光功能的點(diǎn)陣屏，如圖1所示。

1 LED的感光原理
作為光電探測(cè)器的LED能夠工作在兩種檢測(cè)模式下：光伏模式(在外界光的作用下器件有產(chǎn)生電壓的能力)和光導(dǎo)模式(器件的導(dǎo)電性受外界光的控制)。在兩種檢測(cè)模式下產(chǎn)生的光電壓或者光電流通常大約是普通光電二極管的1／100～1／10，一般需要借助于運(yùn)放和ADC。而在沒有運(yùn)放和ADC的情況下，能否獲取LED的光電流呢?事實(shí)上利用二極管本身的內(nèi)電容(通常為pF級(jí))，帶有高阻態(tài)的三態(tài)雙向I／O口及內(nèi)部數(shù)字計(jì)數(shù)器的單片機(jī)也可以用來(lái)對(duì)其所產(chǎn)生的光電信號(hào)進(jìn)行很好的測(cè)量。
最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)的方法如圖2所示，通過(guò)單個(gè)LED的光延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。它由一個(gè)LED連接兩個(gè)單片機(jī)的引腳構(gòu)成，LED發(fā)光的同時(shí)也測(cè)量入射光強(qiáng)并且表明是否超過(guò)預(yù)先已定義的閾值。