2019-2020年整理LED点阵驱动电路设计

1、电子技术根底 课程设计说明书题目8x8 LED点阵驱动电路设计学生姓名：王涉华学 号： 202106050122院系:理学院专 业：电子科学与技术指导教师：戴庆瑜2021年12月28日目录1 选题背景 11.1 根本设计任务 1.1.2 发挥设计任务 1.1.3 设计原理 1.1.4 方案论证 1.2 电路设计 22.1 电路设计框图 2.2.2 工作原理 3.3 各主要电路及部件工作原理 33.1 555 多谐振荡电路 3.3.2 74HC161 引脚图及工作原理 5.3.3 74HC138 引脚图及工作原理 6.3.4 74HC573 引脚图及工作原理 6.3.5 AT28C16 引脚图及

2、相关参数 7.3.6 上电复位及开关手动复位电路设计 8.3.7 8x8共阴点阵9.3.8 74HC04 引脚图及功能 1.04 原理总图 115 元件清单 126 调试过程及测试数据采用分模块调试 136.1 通电前检查 1.3.6.2 复位电路及手动开关复位电路的调试 1.36.3 NE55 的调试 1.4.6.4 AT28C16 的调试146.5 结果观察调试 1.5.7 电路实物 157.1 整体实物电路展示 1.5.7.2 电路功能局部展示 1.6.8 小结 219 设计体会及改良意见 219.1 设计体会 2.1.9.2 设计缺乏 2.2.9.3 设计改良意见 2.2.参考文献 2

3、.2.1 选题背景LED 点阵显示是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示方式.目前,由于本钱及实用性的优势,以LED半导体发光器件为显示介质的大型显示屏在公共场合的 广告宣传、通揭发布等方面已得到广泛的应用,其驱动方式也随着技术的逐渐成熟而变得 丰富多样,且各具特色.一个大型 LED显示屏由上万个甚至更多的LED单元构成,而如何 限制这些单一的单元根据我们的预期呈现显示内容,即LED的单元驱动电路的设计便显得 尤为重要.如何设计一个既能满足显示要求又能尽量节省本钱的LED驱动电路呢？在这里,我以 8x8 点阵为例进行研究.1.1 根本设计任务(1) 能够显示09、az或AZ显示字符

4、数量不少于8个；(2) 能手动或自动循环显示字符.1.2 发挥设计任务可实现显示内容的左右移动 .1.3 设计原理通过限制 555 单稳态触发器输入脉冲频率信号,再通过计数器作为存储器的输入,以 存储器和译码器作为上下电平的输入, 进而限制加在点阵 LED 灯两端的电压, 这样就可以 实现LED的亮灭限制.1.4 方案论证方案一：以74HC161和74HC138构成顺序脉冲发生器,输出作为共阴 8x8点阵的横向 驱动,纵向驱动由三态门74HC244限制存储器AT28C16的输出来进行调节,三态门限制存 储器的八位输出只有一位有效, 其它处于高阻状态, 依次循环.用两组 8输出计数器 74HC1

5、61 作为AT28C16的地址输入,其中一组为另一组置位,每次可点亮一个灯,需要八分之一个 字节,只需设置 64 个灯的总的点亮时间小于人眼的分辨时间(大概为0.02s ),利用人眼的视觉暂留, 64 次循环后可点亮一屏画面,即显示一个完整画面,保持一段时间内显示不 变,且在均等时间内亮起下个画面,即可实现所需的功能.由于所用地址有 11 个,依照 原理最多可显示 256 个画面,即可在实现根底内容的根底上实现拓展内容.方案二：以3输出的74HC161和74HC138勾成顺序脉冲发生器,输出作为共阴 8x8点 阵的横向驱动,直接以AT28C16的输出作为纵向的驱动,以74HC138的输入计数器

6、74HC161 和另一片4输出的74HC161的输出作为AT28C16的地址输入,同时为预防纵向拉电流过小, 横向灌电流过大,分别将横纵向输出接入一八进制非反转透明锁存器74HC573并由它的输出分别驱动共阴管的横纵向.每次点亮 8 个灯,点亮一屏画面需 8个字节,只需设置 8 次点亮的总时间小于人眼的分辨时间,利用人眼视觉暂留,即可实现画面显示,保持一段 时间内画面不变,继而显示下个画面.由于存储器地址输入有 7 位,所以最多能显示 16 个画面.可以完成根本任务,但拓展内容的实现还需对存储器地址进行拓展.综合以上两种方案,方案一虽然可以显示较多画面且可直接实现拓展内容,但电路较 为繁复,调

7、试不易.而方案二电路简单,但已能实现根本功能,且可以在拓展存储地址的 情况下实现拓展功能.故出于本钱和时间的考虑,我选择了方案二.2 电路设计2.1 电路设计框图图 2-1 LED 点阵驱动器总体原理2.2工作原理以3输出的74HC161和74HC138勾成顺序脉冲发生器,输出作为共阴 8x8点阵的横向 驱动,直接以AT28C16的输出作为纵向的驱动,以74HC138的输入计数器74HC161和另一 片4输出的74HC161的输出作为AT28C16的地址输入,同时为预防纵向拉电流过小,横向 灌电流过大,分别将横纵向输出接入一八进制非反转透明锁存器74HC573并由它的输出分别驱动共阴管的横纵向

8、.每次点亮 8个灯,点亮一屏画面需8个字节,只需设置8次点 亮的总时间小于人眼的分辨时间,利用人眼视觉暂留,即可实现画面显示,保持一段时间 内画面不变,继而显示下个画面.由于存储器地址输入有7位,所以最多能显示16个画面.可以完成根本任务,但拓展内容的实现还需对存储器地址进行拓展.3各主要电路及部件工作原理3.1 555多谐振荡电路图3-1 555多谐振荡电路Hr工作原理：由555定时器构成的多谐振荡器如图 3-1所示,R1, R2和C是外接定时元 件,电路中将上下电平触发端6脚和低电平触发端2脚并接后接到R2和C的连接处, 将放电端7脚接到R1,R2的连接处.由于接通电源瞬间,电容 C来不及

9、充电,电容器两端电压uc为低电平,小于1/3 Vcc,故高电平触发端与低电平触发端均为低电平,输出uo为高电平,放电管VT截止.这时,电源经R1, R2对电容C充电,使电压uc按指数规律上升,当uc上升到2/3Vcc 时,输出uo为低电平,放电管VT导通,把uc从1/3Vcc上升到2/3Vcc这段时间 内电路的状态称为第一暂稳态,其维持时间 TPH的长短与电容的充电时间有关.充电时间常数T充=R1+ R2 Co由于放电管VT导通,电容C通过电阻R2和放电管放电,电路进人第二暂稳态.其维 持时间TPL的长短与电 容的放电时间有关,放电时间常数 T放=R2C0随着C的放电,uc 下降,当uc下降到

10、1/3 Vcc时,输出uo.为高电平,放电管VT截止,Vcc再次对电 容c充电,电路又翻转到第一暂稳态.不难理解,接通电源后,电路就在两个暂稳态之间往返翻转,那么输出可得矩形波.电路一旦起振后,uc电压总是在1/32/3 Vcc之间变化.【注：此设计所用555振荡周期U1t=(20+2x20)K Q x1nfx0.693=41.58x10A(-6)sU2t=(47+53X2)K Q x10ufx0.693=1.06029s】3.2 74HC161引脚图及工作原理图3-2-1 74HC161引脚图叱 C Tg Qo Qi 02 Og CET PE nn両冋同冋而nn74HC161LdUJUJLd

11、l-JkJLJLJ*R CP Pq P( Pj Pj CEP GND表3-2-2 74HC161功能表输入输出CPEF*b6daddQ<3bO<I»<t><t><t>00001Todcbadcba1t1<3><u<I><r>QsG12QiQo1TiO<p<Pq3Q2QiQo1t111<P<X><x><0状态码加1工作原理：当清零端CR“0,计数器输出Q3 Q2 Q1、Q0立即为全“ 0,这个时候 为异步复位功能.当CR“1且LD=“ 0时,在CP信

12、号上升沿作用后,74LS161输出端 Q3 Q2 Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端 D3, D2, D1,D0的状态一样,为同步置数 功能.而只有当CR=LD=EP=E“=1、CP脉冲上升沿作用后,计数器加1.74LS161还有一 个进位输出端CO其逻辑关系是CO= QO Q1 - Q2- Q3- CET合理应用计数器的清零功能 和置数功能,一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器.3.3 74HC138引脚图及工作原理图3-3-1 74HC138引脚图YT¥273Yi¥5YEY7表3-3-2 74HC138真值表74HC138真值珀能表榆出便能:teil

13、tE3E2E1A2AlAOYO¥2Y3¥4Y5Y6Y7XXH蠶XKHHHHHHHHLXXXXKHHHHHHHHKXXXXHHHHHBHHHLLLLLLIfHHHHHEHLLLLHHLHHHHHHHLLHLHEiL7inH»|LLLHHHHLHHHHLLHLLHHHH.LHHHHLLHLHHHHHHLHHLLHHLHEHHHLBHLLHHHHHHHBHL工作原理：74HC138根据三位二进制输入码和赋能输入条件,从8个输出端中译出一 个低电平输出.两个低电平有效的赋能输入端和一个高电平有效的赋能输入端减少了扩展 所需要的外接门或倒相器,扩展成24线译码器不需外接门；

14、扩展成32线译码器,只需要接 一个外接倒相器.在解调器应用中,赋能输入端可用作数据输入端.3.4 74HC573引脚图及工作原理图3-4 74HC573引脚图1.1w0£vccDQQ0買珂Q1D2d :02DJ珂74HC573- '*Q3t'Q4工作原理：74HC573勺八个锁存器都是透明的 D型锁存器,当使能G为咼时,Q输 出 将随数据D输入而变.当使能为低时,输出将锁存在已建立的数据电平上.输出 限制不影响锁存器的内部工作,即老数据可以保持,甚至当输出被关闭时,新的数据也可以置入.这种电路可以驱动大电容或低阻抗负载, 可以直接与系统总线接口并驱动总线, 而不需要外

15、接口.特别适用于缓冲存放器,I/O通道,双向总线驱动器和工作存放器.3.5 AT28C16引脚图及相关参数图3-5-1 AT28C16引脚图A7AI6ASA-*A3A2AlAJOVOOVO11/02GIMD表3-5-2 AT28C16引脚功能引赃称助能A0 - A1Q地址CE芯片使能OUTPUT ENABLEWE写使能1/00-1/07埶擔输入/输出NC雄接DC丰连接3.6上电复位及开关手动复位电路设计图3-6上电复位及开关手动复位电路工作原理: 上电复位：通电时,电容相当于短路,Res的输出为低电平,随着电容的充电,Res 端电压逐渐增大,到达一定程度时,即为高电平,电路开始工作.2手动开关

16、复位：经过上电复位后,当按下按键时,电容会通过开关形成回路释放储存电荷,当按键松开时,又会重复进行上电复位过程进而对电路进行复位3.7 8x8共阴点阵图3-7-1 8x8 共阴点阵内部电路COL. 12345pgROW NOPIN -NO J<8>测试及引脚评定：将万用表打至二极管通断测试档位.1. 定正负极：先用黑色探针阴极随意选择一个引脚,红色探针碰余下的引脚,看 点阵有没发光,没发光就用黑色探针再选择一个引脚,红色探针碰余下的引脚,当点阵发光,那么这时黑色探针接触的那个引脚为负极,红色探针碰到就发光的8个引脚为正极,剩下的7个引脚为负极.2. 引脚编号:先把器件的引脚正负分布

17、情况记下来,正极列用数字表示,负极行 用字母表示,先定负极引脚编号,红色探针选定一个正极引脚,黑色色点负极引脚,看是 第几行的二极管发光,第一行就在引脚写 A,第二行就在引脚写B,第三行 以此类 推.这样就点阵的一半引脚都编号了.剩下的负极引脚用同样的方法,第一列亮的就在 引脚标1,第二列就在引脚标2,第三列我所测得此次所用的共阴的引脚如下列图器件编号那边面对自己图3-7-2 8x8 点阵引脚图3.8 74HC04引脚图及功能图3-8-1 74HC04引脚图1AO14)VCC1Yrr136A2A3126Y2Y40411SA3A5105Y3Y694AGND.784Y表3-8-2 74HC04功能

18、表PINSYMBOLDESCRIPTION11Adata input21Ydata output32Adata input42Ydata output53Adata input63Ydata output7GNDground (0 V)84Ydata output94Adata input105Ydata output115A data input126Ydata output136Adata input14Vccsupply voltage4原理总图图4-1电路原理总图5元件清单表5-1元件清单器件数量备注74HC161274HC1381NE5552AT28C16174HC57328X8共阴

19、点阵1导线、电容、电阻、开关假设干6调试过程及测试数据采用分模块调试6.1通电前检查在通电前用万用表二极管通断档测量电路总电源正负极,查看是否有短路现象,假设有,检查短路线路并修改,假设没有,那么继续进行电路通电测试.6.2复位电路及手动开关复位电路的调试通电前断开除复位电路之外的电路,将 Res信号接至示波器,通电后观察波形.之后 恢复原电路图6-2-1上电复位电平信号图6-2-2手动复位电平信号6.3 NE55的调试断开其他单元,仅保存NE555单元及其周边电路,接通5V电源,用示波器观察3号 引脚输出波形,理论上按图接线后此时 NE555应处于多谐振荡状态,输出为方波,再观察 输出方波是

20、否为所设定频率,幅值是否在可接受范围内,确认无误后,恢复原电路.6.4 AT28C16 的调试用存储器烧录器(可用EasyPRO系列编程器,女口 EasyPR(80B)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,假设出现乱码或不是之前所写数据,那么说明烧写失败,需重新烧 写；假设是,那么写入成功,将 AT28C16以前的电路接好,在AT28C16的输出端接上8个二极 管,将多谐振荡器2的输出脉冲接入两个74HC161观察二极管是否按期望顺序依次点亮, 假设是,那么说明存储器模块调试成功表6-4烧录数据表Ad

21、r0123弓56789ASCDEF000000001824242弓2弓1800081800OSoaOB03000010003304040310203C00130404IB0404ie0000200003132337E33003C203fi040424ie000030000C10203824241607匚04oe101010100000400013242413242413001S24241C0404ie00005000132424243C2424003524243S2424380000600033羽eo0电弓35033242424242435000070003C20203C20203C003C20203C2020206.5结果观察调试检查无误,并恢复连接好电路后,通电观察效果.假设显示正常,那么调试完毕.假设未正 常显示目标画面,分析问题并修改相关电路,再次观察,重复上步骤直至正常显示画面.(0F)7电路实物7.1整体实物电路展示图7-1-1电路实物正面图7-1-2电路实物反面7.2电路功能局部展示图7-2-1数字“ 5的显示图7-2-