本发明属于应用电子技术的教具，特别涉及一种学习led点阵显示控制原理的实验教学电子教具。
背景技术：
led点阵作为一种现代电子媒体，应用非常广泛。掌握led点阵显示控制技术需要理解扫描显示过程和图文数字编码等一系列概念。目前公知的有关led点阵显示控制技术的教学，都是采用成品的点阵模块，通过讲解模块结构、介绍扫描显示过程、解释图文数字编码以及说明控制程序的算法这样一种间接方式，来使学生理解和掌握led点阵显示控制的相关内容。由于led点阵显示控制的相关概念都比较抽象，这种间接的学习方法难以达到理想的教学效果。
技术实现要素：
本发明提出了一种学习led点阵显示控制原理的实验教学电子教具，学生可以通过拨动开关逐个控制led的方式直接绘制文字和简单图形，通过按键触摸的方式直接看到扫描显示的过程，直观地读出图文的数字编码，有助于理解led点阵显示控制的概念和原理。
本发明的具体技术方案为：一个微控制器为核心，微控制器的i/o口以矩阵键盘方式连接16*16的拨动开关，以扫描方式连接16*16的led点阵，以独立按键方式连接16个行扫描的触摸按键，以独立按键方式连接16个列扫描的触摸按键，以独立按键方式连接8个功能选择键。16*16的拨动开关中每个拨动开关的接通位置标有数字符号1，每个拨动开关的断开位置标有数字符号0。16*16的拨动开关中每个拨动开关控制16*16的led点阵中对应位置的led的亮灭。16个行扫描触摸按键中的每个触摸按键控制16*16的led点阵中一个行的显示，16个列扫描触摸按键中的每个触摸按键控制16*16的led点阵中一个列的显示。8个功能选择键的功能分别是：绘图状态、手动行扫、手动列扫、反显图文、闪烁显示、纵向滚动、横向滚动和琴键复位。
用户按下功能选择键中的绘图状态键，进入绘图状态，此时可以任意拨动16*16的拨动开关中每个拨动开关的位置，使其处于1或0的位置。处于1位置的拨动开关会使16*16的led点阵中对应位置的led点亮。用户通过对各个拨动开关的操作，就可以实时在led点阵看到对应的文字显示或图形显示，此时读出每行拨动开关拨动状态所对应的0或1的值，可以使学生直观理解这就是对应文字和图形的数字量。
用户通过对拨动开关的操作设置了某文字或图形之后，按下功能选择键中的手动行扫键，则进入手动控制行扫描状态，此时16*16的led点阵会全部熄灭。随着人工用一个手指依次触摸16个行扫描触摸按键，16*16的led点阵会逐行显示16*16的拨动开关所设置的文字或图形。用户可以通过不断加快人工手指依次触摸16个行扫描触摸按键的速度来体会行扫描的原理和效果。
用户通过对拨动开关的操作设置了某文字或图形之后，按下功能选择键中的手动列扫键，则进入手动控制列扫描状态，此时16*16的led点阵会全部熄灭。随着人工依次触摸16个列扫描触摸按键，16*16的led点阵会逐列显示16*16的拨动开关所设置的文字或图形。用户可以通过不断加快人工依次触摸16个列扫描触摸按键的速度来体会列扫描的原理和效果。
用户通过对拨动开关的操作设置了某文字或图形之后，分别按下功能选择键中的反显图文键、闪烁显示键、纵向滚动键或者横向滚动键，就能够在16*16的led点阵分别看到闪烁显示、反显、纵向滚动显示或者横向滚动显示的效果。
本发明的有益效果是：学生可以通过拨动开关逐个控制led的方式直接绘制文字和图形，通过手动触摸按键的方式直接看到扫描显示的过程和效果，直接读出图文的数字编码，还可以进行反显、滚动显示等演示，有助于学生全面理解led点阵显示控制的概念和原理，而且直观操作的趣味性有助于激发学生的学习兴趣。
附图说明
图1为led点阵显示控制原理实验教具的电路模块图。
图2为led点阵显示控制原理实验教具的微控制器的电路原理图。
图3为led点阵显示控制原理实验教具的16*16的拨动开关的电路原理图。
图4为led点阵显示控制原理实验教具的16*16的led点阵的电路原理图。
图5为led点阵显示控制原理实验教具的16个行/列扫描触摸按键的电路原理图。
图6为led点阵显示控制原理实验教具的实物示意图。
图中，[1]微控制器，[2]16*16的拨动开关，[3]16*16的led点阵，[4]16个行扫描触摸按键，[5]16个列扫描触摸按键，[6]8个功能选择键，[7]教具面板。
具体实施方式
图1为led点阵显示控制原理实验教具的电路模块图。以微控制器[1]为核心，微控制器的[1]的i/o口以扫描方式连接16*16的led点阵[3]，以矩阵键盘方式连接16*16的拨动开关[2]，以独立按键方式连接16个行扫描的触摸按键[4]，以独立按键方式连接16个列扫描的触摸按键[5]，以独立按键方式连接8个功能选择键[6]。
图2为led点阵显示控制原理实验教具的微控制器[1]的电路原理图。微控制器[1]采用stm32f103vct6芯片，其标号为swip1-swip16的16个i/o引脚连接16*16的拨动开关[2]的行线，其标号为swip1g-swip16g的16个i/o引脚连接16*16的拨动开关[2]的列线，其标号为led1-led4的4个i/o引脚通过译码器连接16*16的led点阵[3]的阳极，其标号为led1_g-led16_g的16个i/o引脚连接16*16的led点阵[3]的阴极，其标号为pl1、cp1和q1的3个i/o引脚通过移位寄存器连接16个行扫描的触摸按键[4]，其标号为pl2、cp2和q2的3个i/o引脚通过移位寄存器连接16个列扫描的触摸按键[5]，其标号为button1-button8的8个i/o引脚连接型号为ld8的直键8联互锁琴键开关的8个功能选择键[6]。
图3为led点阵显示控制原理实验教具的16*16的拨动开关[2]的电路原理图。其标号为swip1-swip16的16条线与图1中微控制器[1]的同标号i/o引脚连接，经过74hc573的驱动分别连接16*16的拨动开关[2]的行线；其标号为swip1g-swip16g的16条线与图1中微控制器[1]的同标号i/o引脚连接，经过74hc573的驱动分别连接16*16的拨动开关[2]的列线。16*16的拨动开关[2]采用ss12d07v单个拨动开关在电路板上焊接为16行16列构成。
图4为led点阵显示控制原理实验教具的16*16的led点阵[3]的电路原理图。其标号为led1-led4的4条线连接图1中微控制器[1]的同标号i/o引脚，经过4-16译码器74hc154得到16条译码输出线ledc1-ledc16，每条译码输出线经过9012三极管驱动连接16*16的led点阵[3]的一个行的阳极，其标号为led1_g-led16_g的16条线连接图1中微控制器[1]的同标号i/o引脚，每条线连接16*16的led点阵[3]的一个列的阴极。16*16的led点阵[3]采用单个红色φ5led在电路板上焊接为16行16列构成。
图5为led点阵显示控制原理实验教具的16个手动扫描触摸按键的电路原理图。由于16个行扫描触摸按键[4]和16个列扫描触摸按键[5]的电路原理图相同，所以都用图5表示。标号为pl1/pl2、cp1/cp2和q1/q2的3条线连接图1中微控制器[1]中标号为pl1、cp1和q1的i/o引脚构成行扫描。标号为pl1/pl2、cp1/cp2和q1/q2的3条线连接微控制器[1]中标号为pl2、cp2和q2的i/o引脚构成列扫描。标号为pl1/pl2、cp1/cp2和q1/q2的3条线经过2片级联的并入串出移位寄存器74hc165扩展为16个输入端，连接16个触摸按键。触摸按键采用tpad电容触摸按键。16个行扫描触摸按键在行扫描状态下，每个触摸按键控制16*16的led点阵[3]中一个行的显示；16个列扫描触摸按键在行扫描状态下，每个触摸按键控制16*16的led点阵[3]中一个列的显示。
图6为led点阵显示控制原理实验教具的实物示意图。为了便于教学讲解和学生认知理解，微控制器[1]安装在教具面板[7]的表面中央；16*16的拨动开关[2]安排在教具面板[7]的右侧；16*16的led点阵[3]、16个行扫描触摸按键[4]以及16个列扫描触摸按键[5]安排在教具面板[7]的左侧；16个行扫描触摸按键[4]纵向排列在16*16的led点阵[3]的左侧，16个列扫描触摸按键[5]横向排列在16*16的led点阵[3]的上侧;8个功能选择键[6]对应的型号为ld8的直键8联互锁琴键开关排列在教具面板[7]的最下边。
用户按下8个功能选择键[6]中的绘图状态键，进入绘图状态，此时可以任意拨动16*16的拨动开关[2]中每个拨动开关的位置，使其处于1或0的位置。处于1位置的拨动开关在微控制器[1]的控制下使16*16的led点阵[3]中对应位置的led点亮。用户通过对各个拨动开关的操作，实时在16*16的led点阵[3]看到对应的文字或图形。此时，学生直观读取每行拨动开关的拨动状态所对应的0或1的值，就是16*16的led点阵[3]所显示的文字或图形的数字量。
用户通过对16*16的拨动开关[2]的操作设置了某文字或图形之后，按下8个功能选择键[6]中的手动行扫键，则16*16的led点阵[3]中的led全部熄灭，进入手动控制行扫描状态。随着人工用一个手指依次触摸16个行扫描触摸按键[4]，16*16的led点阵[3]会逐行显示16*16的拨动开关[2]所设置的文字或图形。用户可以通过不断加快人工手指依次触摸16个行扫描触摸按键[4]的速度来体会行扫描的原理和效果。
用户通过对16*16的拨动开关[2]的操作设置了某文字或图形之后，按下8个功能选择键[6]中的手动列扫键，则16*16的led点阵[3]中的led全部熄灭，进入手动控制列扫描状态。。随着人工用一个手指依次触摸16个列扫描触摸按键[5]，16*16的led点阵[3]会逐列显示16*16的拨动开关[2]所设置的文字或图形。用户可以通过不断加快人工手指依次触摸16个列扫描触摸按键[5]的速度来体会列扫描的原理和效果。
用户通过对16*16的拨动开关[2]的操作设置了某文字或图形之后，按下8个功能选择键[6]中的反显图文键，16*16的led点阵[3]按照1灭0亮的方式显示16*16的拨动开关[2]所设置的文字或图形。
用户通过对16*16的拨动开关[2]的操作设置了某文字或图形之后，按下8个功能选择键[6]中的闪烁显示键，16*16的led点阵[3]闪烁显示16*16的拨动开关[2]所设置的文字或图形。
用户通过对16*16的拨动开关[2]的操作设置了某文字或图形之后，按下8个功能选择键[6]中的纵向滚动键，16*16的led点阵[3]自上而下滚动显示16*16的拨动开关[2]所设置的文字或图形。
用户通过对16*16的拨动开关[2]的操作设置了某文字或图形之后，按下8个功能选择键[6]中的横向滚动键，16*16的led点阵[3]自左至右滚动显示16*16的拨动开关[2]所设置的文字或图形。
用户按下8个功能选择键[6]中的琴键复位键，则全部8个键回复到松开状态。
以上实施例中的元器件型号，仅用于说明本发明而非限定。本领域的技术人员很容易想到,很多其他型号的微控制器都可以替代本实施例中的stm32f103vct6，很多其他型号的、led、拨动开关以及触摸按键等都可以替代本实施例中的对应元件。