LED点阵控制器的设计

电子技术课程设计说明书题目：LED点阵控制器的设计（B）

1. 设计任务与要求 (3)

2. 总体设计思路 (3)

2.1选题背景 (3)

2.2 总体思路 (3)

2.3 方案论证 (3)

2.4 系统设计框图 (3)

2.5 基本工作原理 (4)

3. 各单元电路论述 (4)

3.1脉冲信号产生 (4)

3.2行扫描使能 (5)

3.3行数据输出 (5)

3.4字符变化 (5)

3.5点阵驱动 (5)

4. 电路改进 (6)

5. 电路仿真分析 (6)

5.1脉冲发生器和计数器74hc161 (6)

5.2 整机仿真及其电路 (7)

6. 元件摆放 (7)

7. 设计总结 (8)

8. 收获与体会 (8)

参考文献资料 (9)

附页Ⅰ总电路原理图 (10)

附页Ⅱ元器件清单 (11)

1.设计任务与要求

1.1设计任务:

设计一个8*8LED点阵控制器

1.2设计要求:

⑴设计8×8LED点阵其驱动电路。

⑵用E2PROM存储器存放待显示的字符，能够显示0~9和a~z，显示字符数量不少于8个。

⑶手动控制显示内容

2.总体设计思路

2.1 选题背景

电子技术飞速发展，我们已经跟不上技术的脚步。从第一个晶体管问世，到现在电子产品满天飞，电子技术似乎没有再开发的价值了，虽然如此，但是无论技术怎么发展，数电模电依然是任何电子技术的基础，这两门课程的学习，如果脱离了实践，犹如纸上谈兵，技术仍是可望而不可即。LED技术发展迅速，在学习数字电路的过程中，更需要实践，因此我选择了本题。

2.2 总体思路

从题目要求来看，我将各单元电路设计如下：8*8LED点阵是通过一种动态扫描的方式显示字符，故需要用NE555产生脉冲，用十六进制计数器对脉冲进行计数（用于寻找e2prom 地位地址），接着用一个74hc138译码器对8*8点阵进行列扫描；然而有了扫描得有数据输入，于是我选用了at28c64e2prom用于存储字符数据（12根地址线，8位并行数据输出）；再用一个NE555和74hc161让字符可以自动切换（用于寻找e2prom的高位地址）；为了让字符显示更多，我在e2prom高位加了三个逻辑开关用于寻e2prom不同地址位上的字符。

2.3 方案论证

方案一：

用74hc240作为点阵驱动，这样数据端低电平有效。

方案二：

用74hc573作为点阵驱动，数据端高电平有效。

方案对比：

74hc240输出为非门输出，于是数据端低电平有效，不过在电路板上接线不是特别工整，导致接线有点乱；74hc573输入等于输出，数据端高电平有效，一边为数据输入端，一边

为数据输出端，接线简单。由于是手工焊接板子，为了降低焊接出错率和难度，我选择了74hc573作为点阵驱动。 2.4 系统设计框图系统框图如下：

2.5 基本工作原理

本系统分有点阵的行有效和行数据输入对点阵进行动态扫描，由于普通的逻辑信号不足以驱动点阵，于是选用74hc573作为点阵的驱动。

3.各单元电路论述

3.1脉冲信号产生

如图所示，脉冲信号由NE555与电容电阻组成。图中3为信号输输出端，由题设要求可知，要显示一个完整字符，行扫描要扫描8次，一秒钟扫描25幅图像，则频率至少为200hz 。NE555频率计算

f=1/((R1+R2)C2In2)

占空比

q=（R1+R2）/（R1+2R2）

图

3.1

图2.1

3.2行扫描使能

本系统采用NE555脉冲发生器，用十六进制计数器74hc161和74hc138对点阵进行行扫描。扫描到对应行时，74hc138输出一个低电平信号。

3.3行数据输出

行数据输出，由于用普通的数电芯片搭一个有记忆功能的电路难度太大于是在这里我选用了AT 公司的AT28C64，内部有8k*8的存储空间用于课程设计显示几十个字符完全够用了。12根寻地址线，8位并行信号输出。如右图

这里用到了它读数据的功能，电源端接上电源，27，22和20脚接地当地址线给一个地址，e2prom 便会把相应地址的数据从8位并行I/O 口输出数据。 3.4字符的变化

为了实现字符的变化，不许让e 2prom 的地址变化，第三位是一个字符的地址，于是我另外加了四位地址线让点阵可以自动显示16个字符。为了让高四为地址变化，我又做了一个大约为1hz 的脉冲发生器和一和74hc161十六进制计数器，从而实现字符的变化。

图3.2

图3.3

3.5 点阵驱动

74hc573引脚规整，便于查错，驱动电流大。电路图如下

图3.4

4.电路改进

在实践过程中，发现74hc138和74hc153驱动电流差不多于是驱动部分改为这样也就少用一个74hc573芯片。在实践过程中发现200hz频率太低最后我改成了2000hz，这样图片不闪烁。

5.电路仿真分析

5.1 脉冲发生器和计数器161

如右图，为了简化设计步骤我选用了脉冲源作为触发，为了看清楚74hc161的工作状态我接了一个自带驱动的数码管，这样便于观察。

5.2 整机仿真及其电路

图4.1

图5.1

图5.2

6.元件摆放

元件摆放应从从全局考虑，首先对整个电路作一个规划，对电路心知肚明，由电路的复杂程度确定好电路板（实验板）的大小，再对电路进行分块，比如本课程设计，可将其划分为4个大块：脉冲产生；计数器和74hc138；e2prom；点阵显示。确定好各大块后，考虑好各块在电路板中占用面积，再对各块细分，各块本着先摆放较大的元件，再由较大元件确定好周边元件的位置的思想，其次，对于开关，音量调节器（电位器），接线口应

优先摆放。

7.设计总结

本LED点阵控制系统设计比较简单，并且基本能完成题设各项要求，从电路的构造来看，用两个555芯片分别产生1hz和200hz脉冲源，用74hc161实现了对e2prom 的寻址。用74hc573实现了对点阵的驱动。最后总体效果较好。

8.收获与体会

课程设计结束了，值得祝贺的是，我们通过自己的努力完成了题设的各项要求。从选题，到构思，仿真，制作，调试，整个过程让我受益匪浅。制作过程中我们遇到了不少问题，这让我深深感受到电子系统设计需要扎实的理论基础，更需要不断实践，不断积累经验。选题，LED点阵驱动系统设计是一个数字电路的课题，考虑到学习电路需要实践的验证，并且数字电路是整个电子技术的基础，因此我选择了该题。

构思，在构思的过程中，我们考虑了多种方法，在最初的老师提供74hc240作为led点阵驱动，我考虑用74hc573实现，在课堂上，也没有学过这些芯片，通过查资料，仿真等方法，让我对这些芯片了解更加深刻，在查阅资料的过程中，我懂得信号是没法驱动电路的。

仿真，我选用的软件是Proteus，Proteus仿真对于数字电路是非常方便的。

制作调试，在制作的过程中，我体会到焊接是电子制作的基础，如果没有很好的焊接技巧，在制作的过程中，将遇到很多问题，此外，在制作，应有整体的思想。调试电路有一定的难度，当电路出现某些问题时，如果没有一定的经验，调试将变得寸步难行。调试增长了我们分析问题的能力。

参考文献

[1] 党宏社.电路、电子技术实验与电子实训.2008

[2] 阎石.数字电路基础.1981

附页Ⅰ电路原理图

附页Ⅱ表1-1 元器件清单