LED點(diǎn)陣驅(qū)動設(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)動電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號：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)體會及今后的改進(jìn)意見 -14-8.1體會 -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)動方式各種各樣,也各具特色。在LED發(fā)光管的驅(qū)動設(shè)計(jì)上也有許多的方式。由于大型的點(diǎn)陣顯示屏是由上萬個或幾十萬個LED發(fā)光象元組成,這也就需要大量的驅(qū)動電路來支持。那么驅(qū)動電路設(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)一個即能滿足控制驅(qū)動要求,同時使用器件少成本底的單元控制驅(qū)動方案是必要的，以8×8點(diǎn)陣驅(qū)動為例進(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，再通過計(jì)數(shù)器作為存儲器的輸入，以存儲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，縱向驅(qū)動由三態(tài)門74HC244控制存儲器AT28C16的輸出端來承擔(dān)，三態(tài)門控制存儲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，每次最多只亮一個燈，每屏需亮64次，讓每屏第一和最后一個燈亮?xí)r間差小于人眼分辨時間，利用人眼視覺暫留，即可認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了整個屏幕亮一次，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，直接以AT28C16的輸出作為縱向驅(qū)動，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間，利用人眼視覺暫留，即可認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了整個屏幕亮一次，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個字符，若要擴(kuò)展功能需在存儲數(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；(2)能夠自動循環(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。1．5電路特點(diǎn)8×8點(diǎn)陣驅(qū)動電路整體來說結(jié)構(gòu)簡單，易于理解每個元器件的工作原理，但是對于其每個元器件之間的連接，確實(shí)需要在完全通曉每個元器件在電路中所起的功能后才能理解，將各個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)總體方框圖存儲存儲器(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，直接以AT28C16的輸出作為縱向驅(qū)動，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間，利用人眼視覺暫留，即可認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了整個屏幕亮一次，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，定時器輸出uo=1此時Q=1，定時器內(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，A2輸出由０翻轉(zhuǎn)為１，這時RD=SD=0，R?S觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0<t<t1期間，定時器輸出u0為高電平１。t=t1時刻，Uc上升到2/3Vcc，比較器A1的輸出由１變?yōu)椋?，這時RD=1，SD=0，R?S觸發(fā)器復(fù)０，定時器輸出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，定時器輸出UO=1。此時電源再次向電容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”，這個時候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)CR=“1”且LD=“0”時，在CP信號上升沿作用后，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的八個鎖存器都是透明的D

型鎖存器，當(dāng)使能（G）為高時，Q

輸出

將隨數(shù)據(jù)（D）輸入而變。當(dāng)使能為低時，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，

新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動大電容或低阻抗負(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個輸出端中譯出一個低電平輸出。兩個低電平有效的賦能輸入端和一個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)試用萬用表調(diào)至二極管測試檔位，將兩表筆搭在點(diǎn)陣任意兩個引腳上，觀察點(diǎn)陣是否有LED燈點(diǎn)亮，若有燈亮，記下此時萬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，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號引腳輸出波形，理論上按圖接線后此時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存儲器AT28C16的調(diào)試用存儲器燒錄器（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個二極管，將多諧振蕩器2的輸出脈沖接入兩個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)陣將會按之前所寫顯示數(shù)據(jù)，如按下圖寫入數(shù)據(jù)，則會顯示“S、K、S、D、Z、I、D、O、N、G、H、U、A、1、1、2”十六個字符，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，同時也有組員們的獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，而且也是理論知識的完美應(yīng)用，因此在辛苦的同時收獲也是很大的。8設(shè)計(jì)體會及今后的改進(jìn)意見8.1體會關(guān)于本次課設(shè)，我只想