LED点阵驱动电路设计课程设计报告.docx

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LED点阵驱动电路设计课程设计报告

1．设计任务及要求

设计并制作一个8×8LED点阵驱动电路，原理如图1所示。

列存储器用于存储显示信息，行译码器用于选择当前显示行、通过动态扫描方式显示字符或图案。

具体要求如下：

图1LED点阵驱动器原理框图

（1）能够显示数字（0~9）或字符（A~Z或a~z），显示数量不少于8个；

（2）能够自动循环显示数字或字符。

发挥部分：

显示数字或字符能够循环向左/右移动。

参考元器件：

74HC161、74HC138，AT28C16，NE555，74HC240/244，74HC573/574。

2．设计方案

NE555提供时钟脉冲，横向驱动由计数器74HC161和74HC138译码器驱动，纵向由AT28C16驱动，止纵向拉电流过小，横向灌电流过大，将两片74HC573加在点阵输入输出端，在点阵的列驱动端加入限流电阻，这样每次最多可亮8个灯（一组），让每屏第一组和最后一组灯亮时间差小于人眼分辨时间，利用人眼视觉暂留，即可认为实现了整个屏幕亮一次，在1秒内保持屏幕上显示内容不变，第二秒亮下一个内容，如此循环，即可实现所要求功能，方案框图如下。

图2方案框图

点阵的行驱动是由NE555接成的多谐振荡器产生的频率为257Hz的脉冲，通过计数器之后，在三八译码器译码，在经锁存器之后，驱动点阵的行，即就是点阵的阴极端；列驱动是产生频率为1Hz的脉冲，通过计数器之后送到存储器，在通过锁存器，驱动点阵的列，即点阵的阳极端。

以74HC138作为8*8点阵的行驱动，AT28C16作为列驱动，以两个计数器74HC161作为AT28C16的输入，以74HC573作为电流缓冲器。

这样每次最多亮8个灯，让第一组亮的时间到最后一组灯亮的时间和小于人眼分辨的时间，即可完整显示整个画面。

在1S内保持画面内容不变，在下一秒显示另一个内容，如此往下，循环。

3．单元电路设计

3.1时钟电路模块

时钟脉冲模块这次的设计是有555电路实现的，用数电里面的知识将555接成多谐振荡器，本次时钟脉冲模块产生两个时钟脉冲，下面是多谐振荡器的接法；

行驱动产生频率为257Hz，占空比为50%的正弦波；

列驱动产生频率为1Hz，占空比为50%的正弦波；

多谐振荡器的频率对应的计算公式：

f=1/t=1/[ln2（R1+2R2）C];

所以可以通过改变电阻R和电容C的值去改变振荡频率。

图3555时钟电路

555时钟电路在仿真中的仿真波形如下图所示。

图4555电路仿真波形

3.2计数电路模块

计数模块由74HC161实现，在时钟脉冲加在CLK端，对应的输入端接对应的高低电平，计数模块就基本完成。

图574HC161计数电路

计数模块对应的波形仿真图如下所示。

图674HC161仿真波形

3.3译码模块

译码这部分的设计是由74HC138设计完成的，只需要将其对应译码的原理的搞清楚，三个地址ABC（000-111）到对应的输出。

图774HC138译码电路

74HC138译码模块对应的波形仿真图如下。

图874HC138仿真波形

3.4存储器模块

存储器模块由AT28C16完成，AT28C16是一种低功耗，高性能的电可擦除和编程序的只读存储器具有使用方便的特点。

下图是它的工作方式和引脚图。

图9AT28C16工作方式及引脚图

3.5锁存模块

锁存模块由74HC573锁存器实现，也是为了防止其纵向电流过大，将后面的点阵模块烧坏，为了确保不烧坏点阵，也可以在74HC573的输出端接上限流电阻，限流电阻的计算方法为：

LED灯的电压值除以其点亮的电流的最小值和最大值，即可算出对应的限流电阻的范围。

锁存模块如下图所示。

图1074HC573锁存电路

3.6点阵显示模块

点阵模块这次我们所用的是共阴极点阵，对于点阵，就是将64个发光二极管排列成8X8点阵，对于测试的方法，会在测试和调试部分讲明白。

下图即为共阴极点阵。

图118x8共阴点阵结构图

3.7总体设计图

图12总体设计图

4．调试与测试

4.1实物图

图13实物正面图14实物反面

4.2通电前检查

电路安装完毕后，经检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。

4.3通电时钟电路模块的调试

断开其他单元，仅保留NE555多谐振荡电路，接上5V电源，3用示波器测得3脚输出波形及频率，若与理论误差在可接受的范围内，即可接上下一部分电路继续进行调试；若波形和频率误差较大，检查555电路直至正确为止。

4.4通电计数电路模块的调试

断开其他单元电路，555电路确认无误后，仅保留555和161进行调试，CLR、EP、TP、RD接“1”，A、B、C、D接“0”，将脉冲输入端和QA、QB、QC、QD接示波器，波形如仿真波形，则表明74HC161模块完好。

4.5译码模块的调试

断开其他电路，仅保留NE555和74HC161还有74HC138电路，接通五伏电源，E3接“1”，E1、E2接“0”，输入端A0、A1、A2和74HC161的QA、QB、QC相接，将Y0~Y7依次接示波器，若波形如仿真所示，则表明74HC138模块完好。

4.6锁存模块的调试

断开其他电路，仅保留74HC573前面电路部分，这个调试比较简单，用万用表即可测得，将黑表笔接地，红表笔分别测对应的输入和输出，若输入和输出相同，则进行下一步电路；若不对，则更换元器件继续进行下一步检测。

4.7存储器AT28C16的调试

用存储器烧录器（可用EasyPRO系列编程器，如EasyPRO100B）将准备好的数据输入，将存储器AT28C16放到相应位置，按步骤写入，待写入完成后，重启软件，点击读观察所读数据是否之前所写数据，若出现乱码或不是之前所写数据，则表明烧写失败，需重新烧写；若是，则写入成功，将AT28C16以前的电路接好。

4.8点阵显示模块的调试

将点阵放好，将万用表的黑表笔固定在点阵的任意一个脚，另一只表笔依次分别接别的脚，若灯亮，则它驱动的是点阵的行，则可用红表笔多测几个脚，若对应的灯都亮，即可确定控制点阵的第几行；若灯不亮，则将黑表笔和红表笔交换位置，同理，可知它控制的是第几列。

用以上方法即可将点阵所有的行和列确定。

4.9结果分析

当接通电源后，LED点阵屏按AT28C16里的数据依次显示，则表示调试结果成功。

我所写的程序是依次显示2016XLDZY!

正确的话会依次显示。

数据如下图所示。

表1程序表

0xFF,0xFF,0x86,0xB6,0xB6,0xB0,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x80,0xBE,0xBE,0x80,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xBD,0x80,0xBF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x00,0x76,0x76,0x06,0xFF,0xFF,0xFF,0xBE,0xDD,0xEB,0xF7,0xEB,0xDD,0xBE,0xFF,0xFF,0xFF,0x00,0x7F,0x7F,0x7F,0xFF,0xFF,0xFF,0x00,0x7E,0xBD,0xDB,0xE7,0xFF,0xFF,0xBD,0x9D,0xAD,0xB5,0xB9,0xBD,0xFF,0xFF,0xFE,0xFD,0xFB,0x07,0xFB,0xFD,0xFE,0xFF,0xFF,0xFF,0x40,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF

4.9测试结果

图16数字2图17字母X

图18字母D图19字母Y

5总结与体会

5.1总结

这次课设的任务从暑假就开始了，不过刚开始的时候真的是一头雾水，不过经过仔细查资料之后，对点阵驱动电路有了基本的了解。

说句实话，这次课设的经历是难得可贵的，从电路图的的设计到用PROTEUS里仿真，再到元器件的选购和实际电路的焊接，最后就是电路图的调试，每一步都是很大的挑战，在老师和同学的帮助下，自己也认真设计并完成了课设的内容，基本要求已经满足。

在这课设过程中，将数电的知识又重新温习了一遍，真正的将理论运用到实践，其中确实比较辛苦，但收获很大，学到了很多。

5.2体会

本次课设是真的让我明白理论和实践的差距，尽管理论是多么完美，在运用到实践中，结果是有很大差别的。

在这次课设中，所有的东西都是自己亲自动手去做的，感觉有的东西自己做过才会知道，并不是自己想像的那么简单，所有的困难都需要自己一一去查资料解决，其次，当然也离不开老师和同学的帮助。

总的来说，这次课设虽然说是很基础，这也正是让我的兴趣激发出来，做更多的东西，去做自己更感兴趣的事情。

这次实践过程中我觉得最可贵的就是电路图的设计和调试，真的很会去锻炼人的思维和动手能力。

这也将让我更加的热爱这个专业，很努力的走下去。

5.3本方案特点及存在的问题

本方案设计比较简单，调试也很简单。

但是已将课设所有的基本要求完成，元器件较少，比较难的完成扩展发挥任务。

存在的问题就是对AT28C16的存储空间利用率较低。

5.4改进意见

可在原基础电路上加上一个74HC161，使数据进行移位，这样对AT28C16的空间利用率会增大，不过由于时间较紧，所以未能实现这个功能，比较遗憾。

参考文献

【1】阎石.数学电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2006

【2】康华光.电子技术基础（模拟部分）.华中科技大学.高等教育出版社.2006

【3】马全喜.电子元器件与电子实习.机械工业出版社.2006

【4】何杜成、袁跃进.电机-光电显示-改进应用电路.山东科学技术出版社.2007

【5】李志健.数字电子技术基础实验任务书.陕西科技大学教务处.2007

【6】杨刚、周群.电子系统设计与实践.电子工业出版社.2004