LED点阵EPPROM非单片机.docx

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LED点阵EPPROM非单片机

前言

当今世界，电子技术迅猛发展，点阵式显示器件作为现代信息显示的重要媒体，在金融证券、体育、机场、交通、商业、广告宣传、邮电电信、指挥调度、国防军事等许多领域中得到了广泛应用。

因此点阵式显示器件的研制、生产也的到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。

目前，点阵式显示器件具体包括LED显示模块和LCD显示模块。

现在发展的LCD较先进，其优点较明显，如体积小，易控制，性价比高，适合显示器的发展方向，因而在通信、家电、大屏幕投影等领域得到了越来越广泛的应用；而那些需要显示的信息量不大，分辨率也不是很高，又需要制造成本相对较低的场合，大、小屏幕LED点阵显示器是比较经济适用的，他可以显示字符、数字、汉字和简单图形，并且可以根据需要使用不同的字号、字体，显示亮度较高，并且对环境条件要求比较低。

LED显示又可以分为单色显示和双色显示，可以按照需要的大小、形状和颜色进行组合，并用单片机控制要实现的文字或图形，达到宣传和提示的目的。

由于LED电子显示屏所显内容信息量大,外形美观,使用方便灵活，适用于车站，机场，医院，文化广场，商业街等公共场所。

目前我国经济发展迅猛,对信息传播的要求越来越高。

可以相信,LED电子显示屏以其色彩鲜亮夺目,显示信息量大,寿命长,耗电量小,重量轻,空间尺寸小,稳定性高,易于操作安装和维护等优点,将在社会经济发展中扮演越来越重要的角色。

1.指导思想……………………………………………………………………………5

2总体方案设计…………………………………………………………………………5

2.1方案论证与选择……………………………………………………………………5

2.2基本设计任务………………………………………………………………………6

2.3发挥设计任务………………………………………………………………………6

2.4电路特点……………………………………………………………………………6

3.电路设计………………………………………………………………………………6

3.1总体方框图…………………………………………………………………………6

3.2工作原理……………………………………………………………………………7

3.3各分块电路设计……………………………………………………………………7

3.3.1555多谐振荡器………………………………………………………………7

3.3.2AT28C64简要说明……………………………………………………………8

3.3.3计数器：

74HC161………………………………………………………………9

3.3.474HC138………………………………………………………………………10

3.3.58*8LED点阵…………………………………………………………………11

4.原理总图……………………………………………………………………………12

5.元器件清单…………………………………………………………………………13

6.作品调试……………………………………………………………………………13

6.1通电前检查……………………………………………………………………14

6.2通电检查…………………………………………………………………………14

6.2.18*8LED点阵调试……………………………………………………………14

6.2.2NE555单元电路的调试………………………………………………………14

6.2.374HC161四位二进制计数器调试……………………………………………14

6.2.474HC138译码器调试………………………………………………………14

6.2.5AT28C64点可擦除可编程程序存储器调试…………………………………14

6.2.6清零电路和手动显示的调试…………………………………………………14

6.3结果分析…………………………………………………………………………15

7小结…………………………………………………………………………………15

8设计体会及总结……………………………………………………………………15

8.1体会…………………………………………………………………………………15

8.2本次设计存在的不足之处…………………………………………………………15

参考文献…………………………………………………………………………………16

1.指导思想

将要显示的信息通过数据的形式存储在存储器里，再通过存储器和点阵连接进行扫描的方法将要显示的字符显示在屏幕上。

2.总体方案设计

2.1方案论证

方案1：

点阵中字符的显示通过扫描的方式实现，即一次显示一行，通过快速行扫面利用视觉暂留原理和视觉惰性显示出完整的字符。

扫描频率应大于16*8=128Hz，便起见用555构成的多谐振荡器来提供所需要的频率。

为使存储器的低三位地址与译码器地址同步并有序的变化，使用计数器选择地址，使其逐行进行扫描。

扫描范围共八行，故应使用八进制的计数器，但市场上没有现成的八进制计数器可买，所以运用所学的知识再用一片74HC20与非门将74HC161搭接成八进制计数器。

设显示数字0-9，小写字母a-f,共16个字符，为使其稳定循环，也使用计数器来提供高四位地址。

设计一个字符大约显示１ｓ，故使用５５５搭接的多谐振荡器提供大约１Ｈｚ脉冲信号。

复位电路采用拨动开关直接在高电平与低电平之间切换。

图1-2清零模块

方案二：

整体思路与方案一相同，有以下三点不同：

（1）低地址计数器直接用７４ＨＣ１６１的１６进制接法，只需要将输出的低三位接存储器和译码器即可。

（2）去掉点阵驱动电路，因为７４ＨＣ１３８本身可以为低电平驱动，再加上所用的点阵能承受较大的电流和电压，不需加限流电阻。

（3）清零模块电路采用带电阻和电容的清零电路，可以提供可靠的低电平驱动。

如图１所示。

方案比较：

方案二中，低地址计数器的状态转换为：

００００→０００１→００１０→００１１→０１００→０１０１→０１１０→０１１１→１０００→１００１→１０１０→１０１１→１１００→１１０１→１１１０→１１１１→００００

低地址计数器状态按以上循环，可见其输出的低三位始终为０００－１１１并且保持频率不变，故完全可行。

由图知，电路应用了电容充放电的特点，这样可以防止在清零时的跳变。

方案一与方案二比较，显然方案二不但节省了材料，还更为简单可靠，因此宜采用方案二。

此外，定好方案后，先对提供扫描频率的５５５进行检测，以确定扫描频率。

在电路板上搭好电路，让其驱动一系列ＬＥＤ，通电检测发现ＬＥＤ为想要的亮度，说明频率选为1KHZ为适合的。

2.2基本设计任务

（1）设计8×8LED点阵其驱动电路。

（2）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。

（3）手动控制显示内容。

2.3发挥设计任务

循环显示字符，增加显示字符的数量

2.4电路特点

电路几经修改，终于最终达到了想要的效果，电路清晰简单，易于实现。

3.电路设计

3.1总体方框图

LED点阵控制器结构框图

3.2工作原理

利用视觉暂留的原理将扫描频率设定为一个较高的频率以确保字符能稳定地显示。

扫描频率加在低地址计数器74HC161的CLK端，使低地址计数器给EEPROM和行译码器送出同步变化的地址，使点阵以行扫描的方式显示某个字符。

低三位地址通过译码器选定相应的行并选择性的从EEPROM中读出相应的点阵信息来确定该行应点亮哪些LED。

EEPROM的高四位地址用于选择显示字符，为实现有序的循环，同样可以选择使用计数器来给出高位地址，换字频率加在CLK端来实现循环显示。

对于显示屏来说，显示使能端是比较重要的，主要是因为送完一行后需要一个消隐的动作，所谓的消隐就是让显示屏黑屏一段时间，如果不做该动作，则在显示的过程中会有拖影的现象。

3.3各分块电路设计

3.3.1555多谐振荡器

（1）

（2）

图3-1NE555多谐振荡器电路

555定时器和外接定时元件R,C构成的多谐振荡器（如上图）是用以提供1HZ脉冲和1KHZ的脉冲。

多谐振荡器的振荡频率为f=1/T=1/（R1+2R2）Cln2,记为公式1。

其占空比设为2/3，由公式1算出R1,R2,R3,R4均选取4.7K，由已有的元件和所需频率定C2为100uF的电解电容,C4为100nF的瓷片电容，而C1与C3均为10nF的瓷片电容,ln2=0.69314718,f1=1HZ,T2=3*4.7K*100n*0.7=1KHZ,经调试发现原计划的20KHZ不易实现，故改选为1KHZ，由实际元件值算出的频率为1013.2HZ。

3.2AT28C64简要说明

图3-2AT28C64的引脚图

AT28C64的功能表

Mode

CE`

OE`

WE`

I/O

Read

VIL

VIL

VIH

DOUT

Write

（2）

VIL

VIH

VIL

DIN

Standby/writeinhibit

VIH

×

（1）

×

HighZ

writeinhibit

×

×

VIH

writeinhibit

×

VIL

×

OutputDisable

×

VIH

×

HighZ

ChipErase

×

VH（3）

VIL

HighZ

AT28C64（A）／AT28C64是一种采用NMos／CMOS工艺制成的8K×8位28引脚的可用电接除可编程只读存储器。

其读写像SRAM操作一样,不需要外加任何元器件。

读访问BtI司可为45ns一450ns,在写入之前自动擦除。

ATMEL爱特梅尔并行接口EEPROM程序存储器芯片AT28C64采用单一电源十5v士o.1V,低功耗工作电流30mA,备用状态时只有100PA出,与TTL电平兼容。

一般商业品工作温度范围为0℃——+70℃,工业品为-40℃——+85℃。

28c64和2864（A）根据不同厂家的产品,有的增加了一种检测写周期结束的方法．利用增加的引脚RDY／BUSY来表示写操作什么时候完成。

当写操作开始后,RDY／BUSY输出为低电平,这时数据输出线呈高阻状态,其目的是由于写操作时间相对很长、利用这段时间微处理器可以处理其他任务。

当写操作结束时*RDY店面万输出高电平,指示微处理器可以进行新的读写访问。

AT28C64B是AT28C64的改进型芯片,它比AT28C64增加了页面写入功能、硬件和软件数据保护功能。

AT28C64电可擦除可编程存储器的读写性能与RAM相似，可用单片机的扩展功能将数据写入或直接通过烧录器写入，然后通过调试（6.2.5）选择使用直接烧录的方法。

设计显示的字符为：

数字0～9小写字母a～f。

使用时片选端CE`、读选通OE`都接入低电平，写选通端WE`接高电平。

八位并行I/O口分别接点阵的列端，从图上来看是这样的，但实际中由于所买点阵为共阳的，故其八位并行I/O口分别接点阵的行端，A0-A2分别接低地址计数器（74HC161（a））的QA-QC端，A3-A7分别接高地址计数器（74HC161（b））的QA-QD，其余地址端接低电平。

这样可以保证字符的地址为：

0000H-007FH。

3.3计数器：

74HC161

74HC161的接线大体如下图所示，其余详见总电路图。

其作用是给EEPROM提供高地址和低地址以输入到EEPROM中实现想要的结果。

其中低地址计数器输出端接法的选择见方案论证。

逻辑转换图：

0000→0001→0010→0011→0100→0101→0110→0111

↑↓

1111←1110←1101←1100←1011←1010←1001←1000

低地址计数器的低三位输出端始终为从000到111的循环

（a）低地址计数器（b）高地址计数器

图3-3-174HC161地址计数器电路

3.474HC138

138译码器其实是3-8线的译码器，其作用是将低地址提供的地址信号译码成01代码输入到8*8LED点阵，实现行扫描来显示想要显示的字符。

对于显示屏来说，显示使能端是比较重要的，主要是因为送完一行后需要一个消隐的动作，所谓的消隐就是让显示屏黑屏一段时间，如果不做该动作，则在显示的过程中会有拖影的现象。

工作原理图见图3-4。

图3-474HC138行译码电路图3-574HC138引脚图

表3-474HC138行译码器的功能表

G1G2AG2B

CBA

Y0

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

100

000

0

1

1

1

1

1

1

1

100

001

1

0

1

1

1

1

1

1

100

010

1

1

0

1

1

1

1

1

100

011

1

1

1

0

1

1

1

1

100

100

1

1

1

1

0

1

1

1

100

101

1

1

1

1

1

0

1

1

100

110

1

1

1

1

1

1

0

1

100

111

1

1

1

1

1

1

0

3.58*8LED点阵

LED显示屏以发光二极管为像素,由LED点阵显示单一元拼接而成。

最常见的LED点阵显示单元有5X7,7X9,8X8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,8X8LED点阵的外观及引脚图和其具体管脚图如下图所示。

在本设计中LED首选使用市售8×8LED阵列,这样会使焊接工作量大大减少，而且也减少了出错的可能。

显示为共阴（万用表黑表笔搭上会有LED被点亮）还是共阳（万用表红表笔搭上会有LED被点亮）的1脚处于上图

（2）中的左边一列最上角，其引脚依次为行5行7列2列3行8列5行6行3，右边依次为：

列8列7行2列1行4列6列4行1.

图3-5-18*8LED的外观

（1）图3-5-18*8LED的实际引脚图

（2）

8*8LED点阵的原理图如图3-5所示。

每一个LED都与其所在的行和列相对应，这样的接法既可以使每一个LED都有自己唯一确定相对应的位置，又大大减少了点阵的接线，同时也减少了接线过程中可能出现的问题。

显然不能只点亮LED就可以实现字符的显示，所以，还要通过行扫描并利用视觉暂留和视觉惰性的原理来完成字符的显示。

图3-5-28*8LED点阵原理

4原理总图

图4-1LED点阵控制器的原理图

5.元件清单

元件名

型号

参数

数量

NE555

NE555

2

计数器

74HC161

2

译码器

74HC138

1

电可擦除可编程存储器

AT28C64

　M12088

1

8*8LED点阵

M12088

16脚

1

电阻

4.7K

4

电阻

10K

6

瓷片电容

103

10nF

2

电解电容

10uF

2

电解电容

100uF

1

瓷片电容

104

100nF

1

弹性开关

1

拨码开关

1

单刀双掷开关

1

6调试过程及测试数据

由于本设计提前在仿真图里仿真成功，并且有向前辈取过经，自认为电路是无误的，所以就直接全部把电路焊接完成后才进行的调试，认为一起焊接，一起调试是可以节省时间的。

6.1通电前检查

在焊接完成后，仔细检查电路，发现没有漏焊虚焊现象，并且在与同学的讨论中得知要把161和138的8脚全部接地16脚全部接高电平，AT28C64的14脚接地，28脚接高电平，最好能将芯片的输入端没有用到的脚也都接地。

在将这些脚全部按要求接好之后，经检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路。

6.2通电检查

6.2.18*8LED点阵调试

因为所买的LED点阵是共阳高亮的能够承受较高的电压和电流，所以直接用5V电源进行调试，经调试发现，将低电平接到每一列来检测每一行可发现点阵亮度符合要求，点阵无问题。

6.2.2ＮＥ５５５单元电路的调试

为电路提供直流５Ｖ电压，再将示波器一通道正极接在提供1HZ频率的５５５电路的输出端（３脚），负极接地；二通道的正极接提供扫描频率的５５５电路的输出端，负极接地。

示波器上均显示出占空比为２／３的脉冲波形，其峰值为５Ｖ，周期分别为0.9s和1ms,符合设计的要求。

6.2.374HC161的调试

在面包板上提前搭好发光二极管检测电路，由LED和限流电阻构成。

LED的阴极通过限流电阻接地，阳极对应计数器的输出端做好标记，并与计数器的输出端用导线连接。

调试高地址计数器时，可观察到LED依次点亮并稳定循环，可看出高地址计数器的输出为0000→1111,满足要求。

调试低地址计数器时，可观察到LED全部点亮没有闪烁现象。

断开提供扫描频率555电路的电源，并将提供换字频率的555电路的输出信号用导线接到低地址计数器的CLK端，LED的显示与调试高地址计数器时现象相同，说明其计数状态工作正常且能实现扫描的工作。

6.2.474HC138译码器的调试

点阵的每一列阳极端均接到电源的正极，译码器的输出端依次接到点阵每一行的阴极端，接通电源，可观察到点阵全屏均匀点亮并且无闪烁现象。

可见译码器工作正常。

6.2.5AT28C64电可擦除可编程存储器的调试

首先要解决的事就是编好要烧录进的程序，而此过程对于我这一无所知的人来讲还得从零开始，但经过一番学习和请教，终于让我拿着自己的程序亲自烧录进了那个存储器，接入电路，可看到提前设计好的数字、字母、汉字和图形依次显示出来，字符和图形均每隔一秒换一个，完全符合要求。

6.2.6清零电路及手动显示的调试

接通电路让电路正常工作，拨动清零开关，字符就从第一个开始依次重新循环显示，符合设计要求。

拨动单刀双掷开关，使高地址实现置数功能，将拨码开关拨到“0000”，点阵上就一直显示第一个字符“0”，并始终保持不变；将拨码开关拨到“0001”点阵上就显示第二个字符“1”，并始终保持不变。

按照此方法依次验证每一个字符，结果都符合要求。

6.3结果分析

作品最终完成后，8*8点阵能够稳定地实现字符的循环显示，显示字符为16个，同时也能手动控制字符的显示，还满足设计中发挥部分的循环显示字符，增加显示字符个数的要求，硬件电路不存在发热或者接触不良的现象，设计制作成功。

但电路中还有不能令人满意的地方，诸如接线不够合理，焊接不够美观，显示的字符不够多等等。

7小结

这次的课程设计本来是信心满满的要做那个智能交通灯拿100分的，在准备了很久之后发现自己水平不行就果断放弃，选择了点阵控制器这个相对较简单的课题，从开始做时的一无所知到做完后的满满收获，我很开心，所幸自己付出的那么多时间和精力得到了一个成功的作品，虽然原理和焊接中都出了一点问题，但最终解决。

从555电路提供电路工作所需的脉冲，通过高、低地址计数器进行地址的选择，从存储器中读出数据。

从而通过点阵循环显示出设计的字符，完成了各项设计要求指标。

8设计后的体会以及存在的问题

8.1体会

这次课程设计，是一次将所学的知识运用于实际的机会，同时让我体验了一次从设计到制作的全过程，让我在动手中加深了对数电知识的理解，也知道了自己以后的工作是怎样的。

在做的时候，我全面的了解到了存储器的烧录和编程器的使用，除了会编写程序，生成HEX文件外，还了解到了很多平时不知道的知识。

在动手方面，我进一步提高了自己的焊接水平，在调试的过程中经过不断地练习能够熟练地操作示波器。

8.2本次设计存在的不足之处

（1）本次设计不足之处是在焊接的时候，线接得不够美观，提前没有布好线线也买的软硬不一，焊工有待提高，对接线准则掌握的不够导致接线弄得乱七八糟。

（2）由于时间有限，没能多接一根地址线以显示更多的字符。

参考文献

【1】阎石.数字电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.

【2】党宏社.电路.电子技术试验与电子实训.陕西科技大学.电子工业出版社.

【3】李华.MCS-51系列单片机使用接口技术.北京航空航天大学出版社.

【4】XX文库KEIL的使用，基于multisim10和单片机的仿真