LED点阵显示字符

课程设计报告题目:LED点阵显示字符

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日期: 20** 年 ** 月

摘要

LED点阵显示屏作为一种新兴的显示器件,是由多个独立的LED发光二极管封装而成. LED点阵显示屏可以显示数字或符号, 通常用来显示时间、速度、系统状态等。本文章给出了一种基于MCS-51单片机的8×8 点阵LED显示屏的设计方案。包括系统具体的硬件设计方案,软件流程图和部分汇编语言程序等方面。通过在负载范围内, 我们知道在实际应用中我们只需通过简单的级联就可以对显示屏进行扩展,是一种成本低廉的图文显示方案。

该设计电路全部用集成芯片实现，分为振荡频率产生电路、X位二进制计数电路、138译码电路、控制电路、153选择输出电路和点阵显示电路几大部分。控制电路由二进制计数电路的输出组合而成，用计数器的高位控制四个汉字显示及缓冲熄灭的顺序，153选择电路的输入端由所显示字的编码的卡诺图化简得到，改变输入端的数字，就可以改变显示的汉字。由于选择电路由十六片153组成，所以可以自由显示任何对称的或非对称的汉字。本电路中，我们选择有对称性的四个汉字，因此可以减少153的使用。

在本文中，主要围绕以下进行研究：设计发光二极管点阵显示汉字控制电路

关键词：LED点阵存储器EPROM

编程仿真

编译

目录

摘要

第一章、课程设计目的 (3)

第二章、设计任务与要求 (3)

第三章、方案设计与论证 (3)

第四章、单元电路设计与参数计算 (6)

第五章、电路的安装与调试 (14)

第六章、遇到问题的解决方法 (15)

第七章、结论与心得 (16)

第八章、参考文献 (17)

题目LED点阵显示字符

一、课程设计目的

本次课程设计主要是通过设计使得发光二极管点阵即LED使其显示汉字控制电路的过程，并且在实验中了解并掌握相关电子元器件的应用和作用，并大胆创新，认真思索在本次实验过程中提高自己的各方面综合能力。

二、设计任务与要求

本次课程设计主要是通过设计使得发光二极管点阵即LED使其显示汉字控制电路的过程中主要实现的任务和要求：

1. 用一块8 ╳8的发光二极管点阵显示汉字字符；

2. 5~6个适当笔画汉字，内容自选，各组有别;

3. 人眼不易觉察闪烁;

4. 实现两种显示方式--- /间隔跳跃方式/

/下（上）进上（下）出方式/自动循环

5.有一个显示暂停按键

三、方案设计与论证

本次课程设计主要是通过设计使得发光二极管点阵即LED使其显示汉字控制电路的过程，因此我们主要通过三部分实现我们的电路的过程：脉冲显示电路，循环控制电路，显示电路。

三、方案设计与论证

为了实现人眼不易察觉闪烁和自动循环以及上进下出两种显示方式，所以该电路因采用555电路输出高频震荡波，经2进制计数器分频，使3-8译码器和ROM工作在不同的频率下，通过一系列控制电路达到将显示方式的频率与点阵的刷新频率分隔开，同时达到控制电路显示暂停的功能。

方案一：移位法

该方法的原理主要是采用移位全加器来实现自动循环与上进下出两种显示方式的频率与屏幕刷新频率的分离。在ROM中每一个地址可以存取八位数据（一个字节），而在8*8的点阵显示屏幕上，一个地址所存的数据就是一行，一个汉字需要占8行，因此一个汉字在ROM中占8个字节，四个汉字则需要32个字节，地址分别为00~07·08~0F·10~17·18~1F（16进制计数）。因此，在ROM中要写入32字节的数据。该方案由555电路输出方波，经低位74LS161（16进制计数器），分别输出数据给3-8译码器和移位全加器再达到ROM，该频率为刷新频率，要求至少在16Hz以上。ROM中低三位控制8个字节，即显示在屏幕上的8行图案。输入给移位全加器数据经处理后，以合适的频率向ROM输出，从而达到自动循环和流水显示（上进下出）。显示暂停开关控制高位计数器的保持端电平，使其工作再保持和计数两种状态。

方案二：内存法

该方案没有用到移位全加器，是以牺牲内存的方式来使电路简化。该方案同样采用555电路来产生方波，经74LS161后输出给3-8译码器和ROM的低三位。由于没有用到全加器，ROM中的数据无法像方案一那样对低三位进行处理，因此为了实现自动循环和流水显示，必须在ROM中写入大量的数据，来保证流水显示时不同图案接应时的效果。而为了实现刷新频率与显示频率的分开，采用多个计数器来实现分频，经过计算，分频后的数据控制ROM地址段为000~120，即288个字节，当读取完第288行数据后清零计数器。显示暂停设计思路与方案一一致。

本课程设计我们选择第一种方案

在脉冲显示电路中我们主要是通过555实现我们所要求的输出脉冲信号，从而产生对循环控制电路中的计数电路的激励信号，从而产生对显示控制电路中的EPROM中的地址段的循环控制，使其循环输出我们所需要的地址信号。在通过EPROM 的输出以及3-8译码器的输出使其产生对8*8点阵二极管的正负极的电压的控制，

使其相关的二极管发光，形成汉字的循环显示。

主要流程图：

四、单元电路设计与参数计算

在脉冲显示电路中我们主要是通过555实现我们所要求的输出脉冲信号，从而产生对循环控制电路中的计数电路的激励信号，从而产生对显示控制电路中的EPROM中的地址段的循环控制，使其循环输出我们所需要的地址信号。在通过EPROM的输出以及3-8译码器的输出使其产生对8*8点阵二极管的正负极的电压的控制，使其相关的二极管发光，形成汉字的循环显示。

1．由555振荡电路形成的秒脉冲发生器

时钟信号主要有NE555定时器组成振荡器，产生稳定的脉冲信号，送到各片时钟信号端，电路连接如下：

112122221213()ln 0.7()23203ln 0.7103

T 0.7(2)cc cc

w cc cc

cc

w cc cc

V V t R R C R R C V V V t R C R C V R R C -=+=+--==-=+周期 取个参数值：

12121,1,2,0.01R k R k C uF C uF

====，则得到秒脉冲发生器，形

成的频率为233HZ 。

NE555连接振荡器如下：

2.控制电路

实验中所用器件以及各主要元器件的功能和作用：

74LS00主要是实现在过程中与非和与门的转换，从而实现我们所需的信号转换

其中７４ＬＳ００引脚图为

本次实验中我们应用到了4个74ls161，其在本次实验过程中起到了十分重要的作用，起到了中枢传输作用。

计数器由74LS163进行设计，它具有同步清零、同步置数的功能。

74LS161接成16进制计数状态，CP接555输出，计数输出作为RAM2114A的地

址输入。

其中161的引脚图为：

74LS138主要实现由第一个161计数器的输出的3-8转换，从而实现对发光二极管的行或者列控制

其中74ls138引脚图，

3.字符显示电路原理

本次根据8*8的LED显示器

原理：

采用扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并列方式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。

采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都以传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示过程就可以分解成列数据准备（传输）和列数据显示两部分。对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下留给行显示的时间就太少了，以致影响到LED的亮度。

光二极管的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统构成。我们知道，发光是一种能量转化现象。当系统受到外界激发后，会从稳定的低能态越迁到不稳定的高能态;当系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，能量差以光的形式释放数来，就会产生发光现象。制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的，热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的空穴。由于PN结阻挡层的限制，

图2 开启一个LED

在常态下，二者不能发生自然复合。而当给PN结加以正向电压时，导带中的电子则可越过PN结的势垒进入到P区一侧。于是在PN结附近稍偏于P区一边的

地方，处于高能态的电子与空穴相遇后便产生发光复合。这种发光复合所发出的光属于自发辐射，辐射光的波长决定于材料的禁带宽度Eg 。LED 发光二极管分为正负二个脚当正负之间加入一定的电压时LED 会点亮。

+5V

LED 发光电路

LED 符号

(a)

图3 LED 显示原理

LED 发光时一般电流为3 至30mA 左右，LED 有一定的稳压作用点亮时LED 的正负之间的电压为1.8V 至2.1V

左右，LED 加入电压时必须限流，否则会损坏LED 。 根据发光亮度的需要，LED 的限流电阻可为1K 至3K 之间这时流过几毫安的电流，当需要较高亮度的显示时，可加入较大的电流。例如使用+5V 供电串接100R 的限流电阻则在100R 的电阻上有3V 的压降，因为LED 压降约为2V 则电流约为30 至50mA ，LED 点阵由数个LED 按一定规律排列而成。LED 显示屏以发光二极管为像素，由LED 点阵显示单元拼接而成。最常见的LED 点阵显示单元有5×7,7×9,8×8结构，前两种主要用于显示各种西文字符，后一种常用于显示各种汉字字符。

下图为常见的单色8×8LED 点阵原理图。该点阵为共阳极红色的点阵模块：

图4 双基色8×8 LED 点阵原理图

图2.6 8×8 LED 点阵外观

其中8个LED 的正极接在一起，一共有8×8共64个LED 组成。LED 的正极1至8条线循环加入正电压，这8 个正电压在一定的时间内只有一条有效的，其余都无效。8 条线是逐个加入正电压，8 个为一个周期一般每个周期为10ms 至20ms 左右，称之为扫描周期。利用人眼的视觉暂留，人们会看到8路LED 都会点亮，但其实只有一路是点亮的，当每条扫描线即LED 正极加入电压时，如果在负极也加入负电压则相应的LED 会被点亮，扫描电路就是利用这个原理，通个8条正极及8条负极控制64个LED 的点亮及熄灭。现在我们较常用到32×32的LED 矩阵控制1024个LED ， 因为每个LED 是亮的时间只有1/32 ，故在LED 点亮时可以加入较大的电流，100R 的电阻可以得到30至50mA 的电流。LED 有了1/32 的时间是不点亮的，故可以得到较长的使用寿命。屏体的主要部分是显示点阵，还有行列驱动电路。系统显示点阵采用 8×8显示单元，按照每行 2个字，共计16 行的方式来组织的2×256 LED 象素的显示屏，因此能够显示2个16×16 点阵汉字。控制电路采用动态扫描驱动方式驱动 LED 器件，每两行一个控制器，控制完成整个显示电路的行列驱动。

从 LED 器件的发光机理可以知道，当向LED 器件施加正向电压时，通过器件的正向电流使其发光。因此 LED 的驱动就是如何使它的 PN 结处于正偏置。流过LED 的电流i 与其两断电压V 的关系式为：

1mv

BkT i Ir e ??=- ?

??

其发光亮度基本上正比于通过的电流强度。当对于n 个LED 器件进行扫描驱动时，假定切换电路在切换过程中没有时间延迟，且每个LED 的导通时间是相等的，则占空比为1/n 。此时的驱动电流幅值应该等于相当直流驱动电流的n 倍，才能达

到与相当直流驱动一样的效果，且驱动电流幅值不能超过该器件允许的最大脉冲幅值，所以对于本系统应用于室内的LED显示屏，n值取为16，能够满足亮度要求。

4．EPROM 储存电路原理

EPROM可擦除可编程只读存储器（英语：Erasable Programmable Read Only Memory），由以色列工程师Dov Frohman发明，是一种断电后仍能保留数据的计算机存储芯片——即非易失性的（非易失性）。它是一组浮栅晶体管，被一个提供比电子电路中常用电压更高电压的电子器件分别编程。

五、电路的安装与调试

本实验中，我们在静态主要集中在仿真阶段分为对555电路的调试和对输出的调试：

其中对555的调试之中在

通过显示我们可以看到输出频率为233HE 符合实验要求。

在动态调试过程中主要是在连接线路中我们逐步测试，逐步检测，是否和实验预期一样，从而验证我们的实验过程中的连线是否正确。

六、遇到问题的解决方法

本次实验是我们进入大学以后进行的最大型的实验之一，在实验中不可避免的遇到了我们以前尚未遇到的新兴的问题以及一些电路设计以及其他的问题，这些问题的产生，很好的反应了我们在各方面的问题，这些问题主要集中在：本实验

用到的芯片很多，连线布局都不容易，很容易出错。所以将结构模块化，分块连接组后用接口实现组装。先确保单个模块的成功再对整体进行调试。连好电路后发现直接用开关接入作为按键抖动电路，会发生计数跳变。计数器不能正常计入实际的按键次数，而是往往按一下记录多次，且次数不定。老师说若在开关前加入一个触发器可使计数稳定，可是时间不够没能完成。并且在实验中我们的设计原理，出现了和预期不一样的错误，这也是在本次实验中严重影响我们实验进度的主要原因，但是我们通过不断地测试，经过了仔细的思考，认真的分析，从而不断地将这些错误订正和改进，从而提高了实验质量。

七、结论与心得

实验心得

在本次试验过程中我们充分发挥组员之间的合作精神，本着勇于创新，认真思索的态度，认真对待试验过程中的问题，使得我们在本次试验过程中的取得很大进步，并且各方面能力得到很大提升。

本次设计实验令我们总结了几个经验：

注意总体设计与部分设计的合理分化，将大问题分解成小问题，逐个击破是解决问题的有效方法。但需注意最后还要将分块后各个模块的解决方案有机的结合起来组成最终的方案。

实际的问题并不总是和我们在理论上分析的情况一样。实际中往往是许多问题集于一体，并不容易解决，需要认真分析。甚至一个非常简单的实验，所出现的问题很可能是我们这么些年来从来没有接触到的。

在实验时要保持心境，不能急躁。否则，一旦出错很可能陷入自我放弃的恶性循环中。

因为之前准备不够，以及对实验的难度和可能出现的问题估计不足，使得我们并没有在规定时间内完成所有设计任务。这样的一个小小的设计实验也是一个小系统，应该运用工程的方法来系统的解决。不能随心所欲，想到哪做到哪，这样和容易迷失方向。

这次实验也让我对如何检查电路有了初步了解，应该遵循先设计思路后硬件电

路，先主要部件后次要部件，先电压电源后走线的顺序进行错误排查。这样才能做到有序和高效率。

通过本次试验我们知道，实验的设计源于对问题的认真的思考，而实验过程就是对谬论的纠正，实践才是检验真理的唯一标准。在实验设计过程中我们出现的错误，我认为更大的提升了我们的能力，就像有些国家故意在教科书中出现错误一样，只有发现了错误，才能对我们的认知有所改良和发展，因此错误的出现，不是对我们的打击。而是对我们更大的考验，是我们提升自己理论联系实际的重大机会，以此在实验过程中战胜挫折，也是实验的目的。

再次通过这次实验我们知道，作为电子信息工程专业的学生，我们在以后工作和学习中，我们面对的主要问题是将理论化为实际，将所学应用的工程实践之中的问题，这也是一个十分复杂的过程，而在这一过程中我们只有将理论学好，才是首先考虑的问题，这也是我们在学校的主要目的——掌握理论知识。因此在我们的在校期间，要注重学习理论知识的同时，也要建立广泛的知识面，并且建立于自己所学的主要知识的网络范围。只有这样我们才能更好的实现个人价值，以及更好的为我国国防科技的发展做出贡献。

八、参考文献

[1]https://www.360docs.net/doc/b29461630.html,

[2]https://www.360docs.net/doc/b29461630.html,

附件：总原理图及元器件清单

1．总原理图

2．元件清单