LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書題目：LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：20110607000院（系）：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)：指導(dǎo)教師：2013年12月目錄1選題背景 -3-1．1指導(dǎo)思想 -3-1．2方案論證 -3-1．3基本設(shè)計(jì)任務(wù) -4-1．4發(fā)揮設(shè)計(jì)任務(wù) -4-1．5電路特點(diǎn) -4-2電路設(shè)計(jì) -4-2.1總體方框圖 -4-2.2工作原理 -4-3各主要電路及部件工作原理 -5-3.1555多諧振蕩電路 -5-3.274HC161引腳圖及工作原理. -6-3.374HC573引腳圖及工作原理 -7-3.474HC138引腳圖及工作原理 -8-3.5AT28C16引腳及相關(guān)參數(shù) -9-4原理總圖 -10-5元器件清單 -11-6調(diào)試過程及測(cè)試數(shù)據(jù) -11-6.1通電前檢查 -11-6.2通電檢查 -11-按鈕開關(guān)的檢查 -11-6.2.2點(diǎn)陣模塊的調(diào)試 -11-6.2.3NE555單元電路的調(diào)試 -12-6.2.474HC161計(jì)數(shù)器的調(diào)試 -12-6.2.574HC138譯碼器的調(diào)試 -12-存儲(chǔ)器AT28C16的調(diào)試 -13-6.2.774HC573鎖存器的調(diào)試 -13-6.3結(jié)果分析 -13-7小結(jié) -14-8設(shè)計(jì)體會(huì)及今后的改進(jìn)意見 -14-8.1體會(huì) -14-8.2本方案特點(diǎn)及存在的問題 -15-8.3改進(jìn)意見 -15-參考文獻(xiàn) -16-正文1選題背景目前以LED半導(dǎo)體發(fā)光器件為顯示介質(zhì)的大型顯示屏已廣泛地被應(yīng)用。其控制驅(qū)動(dòng)方式各種各樣,也各具特色。在LED發(fā)光管的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)上也有許多的方式。由于大型的點(diǎn)陣顯示屏是由上萬(wàn)個(gè)或幾十萬(wàn)個(gè)LED發(fā)光象元組成,這也就需要大量的驅(qū)動(dòng)電路來支持。那么驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的好壞就直接影響系統(tǒng)的生產(chǎn)制造成本和顯示的效果及系統(tǒng)的運(yùn)行性能。設(shè)計(jì)一個(gè)即能滿足控制驅(qū)動(dòng)要求,同時(shí)使用器件少成本底的單元控制驅(qū)動(dòng)方案是必要的，以8×8點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)為例進(jìn)行研究。1．1指導(dǎo)思想通過控制555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入脈沖頻率信號(hào)，再通過計(jì)數(shù)器作為存儲(chǔ)器的輸入，以存儲(chǔ)器和譯碼器作為高低電平的輸入，進(jìn)而控制加在點(diǎn)陣LED燈兩端的電壓，這樣就可以實(shí)現(xiàn)LED的亮滅控制。1．2方案論證方案一：以74HC138的輸出端作為8*8LED點(diǎn)陣的橫向驅(qū)動(dòng)，縱向驅(qū)動(dòng)由三態(tài)門74HC244控制存儲(chǔ)器AT28C16的輸出端來承擔(dān)，三態(tài)門控制存儲(chǔ)器的八位輸出只有一位有效，其他位為高阻態(tài)，依次循環(huán)。用兩組8輸出計(jì)數(shù)器74HC161做為AT28C16的輸入，其中一組專門給另一組置位，每次最多只亮一個(gè)燈，每屏需亮64次，讓每屏第一和最后一個(gè)燈亮?xí)r間差小于人眼分辨時(shí)間，利用人眼視覺暫留，即可認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了整個(gè)屏幕亮一次，在1秒內(nèi)保持屏幕上顯示內(nèi)容不變，第二秒亮下一個(gè)內(nèi)容，如此循環(huán)，即可實(shí)現(xiàn)所要求功能。這樣最多可顯示256個(gè)字符，而且還可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能。方案二：以74HC138的輸出端作為8*8LED點(diǎn)陣的橫向驅(qū)動(dòng)，直接以AT28C16的輸出作為縱向驅(qū)動(dòng)，以74HC138的輸入計(jì)數(shù)器和另外一片74HC161作為AT28C16的輸入，為防止縱向拉電流過小，橫向灌電流過大，將兩片74HC573加在點(diǎn)陣輸入輸出端。這樣每次最多可亮8個(gè)燈（一組），讓每屏第一組和最后一組燈亮?xí)r間差小于人眼分辨時(shí)間，利用人眼視覺暫留，即可認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了整個(gè)屏幕亮一次，在1秒內(nèi)保持屏幕上顯示內(nèi)容不變，第二秒亮下一個(gè)內(nèi)容，如此循環(huán)，即可實(shí)現(xiàn)所要求功能。這樣最多可顯示16個(gè)字符，若要擴(kuò)展功能需在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)上下功夫。綜合考慮，采用方案二較好，因?yàn)榉桨敢浑m顯示較多，但電路復(fù)雜，不易調(diào)試，方案二電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但已能實(shí)現(xiàn)題目所要求功能。所以從成本、調(diào)試和功能等各方面綜合考慮，我們決定選擇方案二。1．3基本設(shè)計(jì)任務(wù)能夠顯示字符0~9、A~Z或a~z等，顯示數(shù)量不少于8個(gè)；(2)能夠自動(dòng)循環(huán)顯示字符。1．4發(fā)揮設(shè)計(jì)任務(wù)顯示字符能夠依次向左/右移動(dòng)。1．5電路特點(diǎn)8×8點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)電路整體來說結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于理解每個(gè)元器件的工作原理，但是對(duì)于其每個(gè)元器件之間的連接，確實(shí)需要在完全通曉每個(gè)元器件在電路中所起的功能后才能理解，將各個(gè)功能不同的器件組合就能實(shí)現(xiàn)最終的要求。2電路設(shè)計(jì)總體方框圖存儲(chǔ)存儲(chǔ)器(AT28C16)多諧振蕩器2(NE555)譯碼器(74HC138)多諧振蕩器1(NE555)8*8LED點(diǎn)陣電流緩沖器(74HC573)計(jì)數(shù)器2(74HC161)電流緩沖器(74HC573)計(jì)數(shù)器1(74HC161)圖2-1LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)器總體原理框圖工作原理以74HC138的輸出端作為8*8LED點(diǎn)陣的橫向驅(qū)動(dòng)，直接以AT28C16的輸出作為縱向驅(qū)動(dòng)，以計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2作為AT28C16的輸入，為防止縱向拉電流過小，橫向灌電流過大，將兩片74HC573加在點(diǎn)陣輸入輸出端，作為電流緩沖器。這樣每次最多可亮8個(gè)燈（一組），讓每屏第一組和最后一組燈亮?xí)r間差小于人眼分辨時(shí)間，利用人眼視覺暫留，即可認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了整個(gè)屏幕亮一次，在1秒內(nèi)保持屏幕上顯示內(nèi)容不變，第二秒亮下一個(gè)內(nèi)容，如此循環(huán)。3各主要電路及部件工作原理3.1555多諧振蕩電路圖3-1NE555多諧振蕩電路工作原理：設(shè)電容的初始電壓Uc＝０，t＝０時(shí)接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發(fā)端Vth＝Vo＝<1/3Ｖcc，比較器Ａ1輸出為高電平，Ａ２輸出為低電平，即RD=0，SD=1（1表示高電位，0表示低電位），R?S觸發(fā)器置１，定時(shí)器輸出uo=1此時(shí)Q=1，定時(shí)器內(nèi)部放電三極管截止，電源VCC經(jīng)R1，R2向電容Ｃ充電，Uc逐漸升高。當(dāng)Uc上升到1/3Vcc時(shí)，A2輸出由０翻轉(zhuǎn)為１，這時(shí)RD=SD=0，R?S觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0<t<t1期間，定時(shí)器輸出u0為高電平１。t=t1時(shí)刻，Uc上升到2/3Vcc，比較器A1的輸出由１變?yōu)椋?，這時(shí)RD=1，SD=0，R?S觸發(fā)器復(fù)０，定時(shí)器輸出u0=0。t1<t<t2期間，Q=0，放電三極管Ｔ導(dǎo)通，電容Ｃ通過R2放電。VC按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)VC<2/3VCC時(shí)比較器A1輸出由０變?yōu)椋?，Ｒ－Ｓ觸發(fā)器的RD=0,SD=0，Ｑ的狀態(tài)不變，UO的狀態(tài)仍為低電平。T=t2時(shí)刻，Vcc下降到1/3Vcc，比較器A2輸出由1變?yōu)?，RS觸發(fā)器的RD=0，SD=1，觸發(fā)器處于1，定時(shí)器輸出UO=1。此時(shí)電源再次向電容C放電，重復(fù)上述過程。3.274HC161引腳圖及工作原理.74HC16174HC161輸入輸出CRCPLDEPETD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00ФФФФФФФФ00001↑0ФФdcbadcba1↑10ФФФФФQ3Q2Q1Q01↑1Ф0ФФФФQ3Q2Q1Q01↑111ФФФФ狀態(tài)碼加1工作原理：當(dāng)清零端CR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)CR=“1”且LD=“0”時(shí)，在CP信號(hào)上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加1。74LS161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。3.374HC573引腳圖及工作原理74HC57374HC573工作原理：74HC573的八個(gè)鎖存器都是透明的D

型鎖存器，當(dāng)使能（G）為高時(shí)，Q

輸出

將隨數(shù)據(jù)（D）輸入而變。當(dāng)使能為低時(shí)，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時(shí)，

新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動(dòng)大電容或低阻抗負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動(dòng)總線，而不需要外接口。特別適用于緩沖寄存器，I/O

通道，雙向總線驅(qū)動(dòng)器和工作寄存器。3.474HC138引腳圖及工作原理74HC13874HC13874HC138真值功能表輸入輸出使能地址E3E2E1A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7XXHXXXHHHHHHHHLXXXXXHHHHHHHHXHXXXXHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHHHHLLHLLHHHHLHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHHHHHHHHL工作原理：74HC138按照三位二進(jìn)制輸入碼和賦能輸入條件,從8個(gè)輸出端中譯出一個(gè)低電平輸出。兩個(gè)低電平有效的賦能輸入端和一個(gè)高電平有效的賦能輸入端減少了擴(kuò)展所需要的外接門或倒相器,擴(kuò)展成24線譯碼器不需外接門;擴(kuò)展成32線譯碼器,只需要接一個(gè)外接倒相器。在解調(diào)器應(yīng)用中,賦能輸入端可用作數(shù)據(jù)輸入端。3.5AT28C16引腳及相關(guān)參數(shù)2816的工作方式CEOEVPP/V數(shù)據(jù)線狀態(tài)2816的工作方式CEOEVPP/V數(shù)據(jù)線狀態(tài)讀出00+4~+6輸出待機(jī)（備用）1*+4~+6高阻字節(jié)擦除01+21輸入全為1字節(jié)寫入01+21輸入整片擦除0+9~+15V+21輸入全為1整片禁止1*+4~+22高阻引腳方式4原理總圖5元器件清單元器件數(shù)量備注74HC138174HC161274HC5732AT28C161NE5552電阻、電容、導(dǎo)線若干表格5-16調(diào)試過程及測(cè)試數(shù)據(jù)為使電路便于調(diào)試我們采用分塊調(diào)試的方法。6.1通電前檢查電路安裝完畢后，經(jīng)檢查電路各部分接線正確，電源、元器件之間無短路，器件無接錯(cuò)現(xiàn)象。通電檢查按鈕開關(guān)的檢查首先將按鈕開關(guān)和其他電路模塊斷開，只留按鈕開關(guān)部分。其次，給電路兩端接5伏直流電壓。理論上對(duì)于開關(guān)斷開狀況下，開關(guān)兩端電壓應(yīng)為5伏，如果無誤，斷開5伏電壓，接通開關(guān)，理論上此時(shí)開關(guān)應(yīng)處于短路狀態(tài)，確認(rèn)無誤，則開關(guān)部分完好，最后，恢復(fù)周圍電路。點(diǎn)陣模塊的調(diào)試用萬(wàn)用表調(diào)至二極管測(cè)試檔位，將兩表筆搭在點(diǎn)陣任意兩個(gè)引腳上，觀察點(diǎn)陣是否有LED燈點(diǎn)亮，若有燈亮，記下此時(shí)萬(wàn)用表紅黑表筆位置和點(diǎn)亮的LED燈的位置，依次嘗試，直至64個(gè)LED燈全部點(diǎn)亮。凡是紅表筆所接引腳均為高電平輸入端，黑表筆所接引腳皆為低電平輸出端，按照點(diǎn)陣制造工藝，每一行或者列LED燈的輸入引腳或輸出引腳是一樣的，如若不符合此規(guī)律，則表明記錄有錯(cuò)，按照點(diǎn)陣上LED燈亮由上到下（自己隨意設(shè)定上下左右）的順序確定好高位輸入引腳順序，由左到右的順序確定好低位輸出引腳順序。NE555單元電路的調(diào)試斷開其他單元，僅保留NE555單元及其周邊電路，接通5V電源，用示波器觀察3號(hào)引腳輸出波形，理論上按圖接線后此時(shí)NE555應(yīng)處于多諧振蕩狀態(tài)，輸出為方波，再觀察輸出方波是否為所設(shè)定頻率，幅值是否在可接受范圍內(nèi)，確認(rèn)無誤后，恢復(fù)原電路。6.2.474HC161計(jì)數(shù)器的調(diào)試斷開其他元件，僅保留74HC161和NE555單元，接通五伏電源，CLR、EP、TP、RD接“1”，A、B、C、D接“0”，將脈沖輸入端和QA、QB、QC、QD接示波器，若波形如下所示，則表明74HC161模塊完好。QAQBQAQBQCQD0CCLK6.2.574HC138譯碼器的調(diào)試斷開其他元件，僅保留74HC138、74HC161和NE555單元，接通五伏電源，E3接“1”，E1、E2接“0A3A2A3A2A1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7存儲(chǔ)器AT28C16的調(diào)試用存儲(chǔ)器燒錄器（可用EasyPRO系列編程器，如EasyPRO100B）將準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)輸入，將存儲(chǔ)器AT28C16放到相應(yīng)位置，按步驟寫入，待寫入完成后，重啟軟件，點(diǎn)擊讀觀察所讀數(shù)據(jù)是否之前所寫數(shù)據(jù)，若出現(xiàn)亂碼或不是之前所寫數(shù)據(jù)，則表明燒寫失敗，需重新燒寫；若是，則寫入成功，將AT28C16以前的電路接好，在AT28C16的輸出端接上8個(gè)二極管，將多諧振蕩器2的輸出脈沖接入兩個(gè)74HC161，觀察二極管是否按期望順序依次點(diǎn)亮，若是，則表明存儲(chǔ)器模塊調(diào)試成功74HC573鎖存器的調(diào)試將寄存器及其之前的電路按照電路圖連接好，將OE、LE接5伏，觀察74HC573的輸入輸出是否相同，若是，則表明74HC573完好，否則，檢查接線和芯片。各模塊均調(diào)試成功后，將所有模塊按照之前所示電路圖接好，仔細(xì)檢查是否有接線錯(cuò)誤，若無，則可以接通電源。6.3結(jié)果分析當(dāng)電源接通后，正常狀況下，點(diǎn)陣將會(huì)按之前所寫顯示數(shù)據(jù)，如按下圖寫入數(shù)據(jù)，則會(huì)顯示“S、K、S、D、Z、I、D、O、N、G、H、U、A、1、1、2”十六個(gè)字符，也可以設(shè)計(jì)成自己喜歡的圖型顯示出來。實(shí)例內(nèi)容7小結(jié)這次課設(shè)從暑假就開始設(shè)計(jì)，到現(xiàn)在終于可以告一段落了。這次課設(shè)總體來說還是比較坎坷的，從開始設(shè)計(jì)電路圖到電路圖調(diào)試，從開始購(gòu)買原器件到開始焊板子，完后進(jìn)行調(diào)試，為要實(shí)現(xiàn)最終要求，調(diào)試占用了大量的時(shí)間。經(jīng)過不停的調(diào)試和老師的幫助找到部分問題的所在，后經(jīng)過修改有很大的好轉(zhuǎn)，但是效果還是很不理想，以至于我們最后又重新開始購(gòu)買器件、焊接和調(diào)試，最終雖然有偏差，但效果還是令人欣慰的。在課設(shè)期間我們理論課也基本都結(jié)課了，之后的考試也接踵而至，一方面要忙著復(fù)習(xí)，另一方面還要完善課設(shè)，其中的辛苦只有我們自己清楚，不過最終還是順利結(jié)束。這次課設(shè)順利完成既有老師的大力幫助，同時(shí)也有組員們的獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，而且也是理論知識(shí)的完美應(yīng)用，因此在辛苦的同時(shí)收獲也是很大的。8設(shè)計(jì)體會(huì)及今后的改進(jìn)意見8.1體會(huì)關(guān)于本次課設(shè)，我只想