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實現。通過C8051F020單片機及LED點陣模塊構成的點陣感光屏，利用LED PN結的光導效應，展示了LED作為低價、穩定的光電檢測器件的強大功能。
關鍵詞：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“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，能否有更好的實現方法呢?根據光電效應，PN結在光的激勵下可以改變其電阻率，而LED也是PN結，那么能否利用LED的PN結特性完成點陣感光屏呢?經過簡單的實驗探討，我們發現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。本文就利用一塊8×8的點陣屏，結合C8051F020單片機實現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電容(通常為pF級)，帶有高阻態的三態雙向I／O口及內部數字計數器的單片機也可以用來對其所產生的光電信號進行很好的測量。
最簡單的實現的方法如圖2所示，通過單個LED的光延時來實現。它由一個LED連接兩個單片機的引腳構成，LED發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。