LED點陣模塊的感光屏設計

摘要：介紹了一種LED點陣感光屏的感光原理及其系統(tǒng)實現(xiàn)。通過C8051F020單片機及LED點陣模塊構(gòu)成的點陣感光屏，利用LED PN結(jié)的光導效應，展示了LED作為低價、穩(wěn)定的光電檢測器件的強大功能。
關(guān)鍵詞：LED點陣感光屏；光導；光電壓；光電流

引言
2009年電子設計競賽有一道關(guān)于LED點陣書寫屏的題目，這道題目要求在LED點陣顯示屏上實現(xiàn)“點亮、劃亮、反顯、整屏擦除、筆畫擦除、連寫多字、對象拖移”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。事實上，很多成功的參賽隊也是按照此方案獲得了競賽大獎。
本題為LED點陣新應用的開發(fā)提供了很好的方向，但對點陣感光屏來說，能否有更好的實現(xiàn)方法呢?根據(jù)光電效應，PN結(jié)在光的激勵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)特性完成點陣感光屏呢?經(jīng)過簡單的實驗探討，我們發(fā)現(xiàn)LED本身就具有很好的感光能力，這樣一來，感光屏就可以完全利用LED的感光特性來實現(xiàn)。本文就利用一塊8×8的點陣屏，結(jié)合C8051F020單片機實現(xiàn)了一塊具有感光功能的點陣屏，如圖1所示。

1 LED的感光原理
作為光電探測器的LED能夠工作在兩種檢測模式下：光伏模式(在外界光的作用下器件有產(chǎn)生電壓的能力)和光導模式(器件的導電性受外界光的控制)。在兩種檢測模式下產(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放和ADC。而在沒有運放和ADC的情況下，能否獲取LED的光電流呢?事實上利用二極管本身的內(nèi)電容(通常為pF級)，帶有高阻態(tài)的三態(tài)雙向I／O口及內(nèi)部數(shù)字計數(shù)器的單片機也可以用來對其所產(chǎn)生的光電信號進行很好的測量。
最簡單的實現(xiàn)的方法如圖2所示，通過單個LED的光延時來實現(xiàn)。它由一個LED連接兩個單片機的引腳構(gòu)成，LED發(fā)光的同時也測量入射光強并且表明是否超過預先已定義的閾值。