1设计方案
1.1 选题背景
当今社会以LED半导体发光器件为显示介质的大型显示屏已广泛地被应用。其控制驱动方式各种各样,也各具特色。在LED发光管的驱动设计上也有许多的方式。由于大型的点阵显示屏是由上万个或几十万个LED发光象元组成,这也就需要大量的驱动电路来支持。那么驱动电路设计的好坏就直接影响系统的生产制造成本和显示的效果及系统的运行性能。设计一个即能满足控制驱动要求,同时使用器件少成本底的单元控制驱动方案是必要的，以8×8点阵驱动为例进行研究。
1.2指导思想
通过控制555多谐振荡器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高低电平的输入，进而控制加在点阵 LED灯两端的电压，这样就可以实现LED的亮灭控制。
1.3方案论证
方案一：以74HC138的输出端作为8*8LED点阵的横向驱动，纵向驱动由三态门74HC244控制存储器AT28C64的输出端来承担，三态门控制存储器的八位输出只有一位有效，其他位为高阻态，依次循环。用两组8输出计数器74HC161做为AT28C64的输入，其中一组专门给另一组置位，每次最多只亮一个灯，每屏需亮64次，让每屏第一和最后一个灯亮时间差小于人眼分辨时间，利用人眼视觉暂留，即可认为实现了整个屏幕亮一次，在1秒内保持屏幕上显示内容不变，第二秒亮下一个内容，如此循环，即可实现所要求功能。
方案二：以74HC138的输出端作为8*8LED点阵的横向驱动，直接以AT28C64的输出作为纵向驱动，以74HC138的输入计数器和另外三片74HC161作为AT28C64的输入，为防止纵向拉电流过小，横向灌电流过大，将两片74HC573加在点阵输入输出端。这样每次最多可亮8个灯（一组），让每屏第一组和最后一组灯亮时间差小于人眼分辨时间，利用人眼视觉暂留，即可认为实现了整个屏幕亮一次，在0.5秒内保持屏幕上显示内容不变，第二个0.5秒内亮下一个内容，如此循环，当第四片74HC161高一位未计数时，前三片74HC161的地址端所对应的存储器地址空间一直在循环，当第四片74HC161高一位计数时，即通过扩展存储器地址端可实现屏幕显示内容向左滚动，当第四片74HC161高二位计数时，即通过扩展存储器地址端可实现屏幕显示内容向右滚动，即可实现所要求功能（包括扩展功能）。
综合考虑方案一和方案二，我选择了方案二，虽然连线较为复杂，但是在可是实现基本功能的同时，也可以实现拓展功能。选择方案二对自己也是一个考验，为了使自己的电路富有更多功能，我还在计数器上加入清零和复位按键。所以通过烧录入的程序，电路整体既可实现循环、左移和右移也可实现暂停、清零等功能。并且让我学会用理论指导实践，理论与实践相结合，从实践当中升华理论知识。
1.4设计任务
设计并制作一个8×8LED点阵驱动电路，原理如图4所示。列存储器用于存储显示信息，行译码器用于选择当前显示行、通过动态扫描方式显示字符或图案。具体要求如下：
图1-1 LED点阵驱动器原理框图
(1) 能够显示数字（0~9）或字符（A~Z或a~z），显示数量不少于8个；
(2) 能够自动循环显示数字或字符。
1.5 发挥设计任务
显示数字或字符能够循环向左/右移动。
1.6参考元器件
74HC161、74HC138，AT28C16，NE555，74HC240/244，74HC573/574
1.7 电路特点
8×8LED点阵驱动电路整体来说结构简单，但要完全理解每一个元件的功能和作用则需要深入的学习，并且知道元器件之间相连接之后能实现什么功能。我们通过控制555单稳态触发器输入脉冲频率信号，产生符合人眼观察的脉冲频率，再通过四个作用不同计数器作为存储器的输入，以存储器和译码器作为高低电平的输入，进而控制加在点阵 LED灯两端的电压，这样就可以实现LED的亮灭控制。整体思路比较好理解，但是在此基础上加入一些其他功能就显得更加贴近现实。
2 电路设计
2.1 总体方框图
图2—1总体方框图
2.2 工作原理
以74HC138的输出端（低电平）作为8*8LED点阵的横向驱动，直接以AT28C64的输出作为纵向驱动，以计数器1、2、3、4作为AT28C64的输入，为防止纵向拉电流过小，横向灌电流过大，将两片74HC573加在点阵输入输出端，作为电流缓冲器。这样每次最多可亮8个灯（一组），让每屏第一组和最后一组灯亮时间差小于人眼分辨时间，利用人眼视觉暂留，即可认为实现了整个屏幕亮一次，在1秒内保持屏幕上显示内容不变，第二秒亮下一个内容，如此循环，通过增加地址段的输入来扩展存储空间，在存储器内烧录入写入的程序来控制8*8LED另一端高低电平，来控制LED屏幕64个灯的亮灭，并以此来实现的屏幕的的滚动。
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 NE555多谐振荡部分电路图
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，电路中将高低电平触发端(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（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管 VT 导通，把Uc从（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc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 。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（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来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，Uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc之间变化。
振荡频率：
（3-1）
占空比：
（3-2）
计算步骤
=(20+2x20)K
x0.693x1nf=41.58x10^(-6)s
=(47+53X2)K
x0.693x10uf=1.06029s
3.2 74HC161引脚图及工作原理.
图3-2 74HC161电路图
表3-1 74HC161工作真值表
输 入 | 输 出 |
CR | CP | LD | EP | ET | D3 | D2 | D1 | D0 | Q3 | Q2 | Q1 | Q0 |
0 | Ф | Ф | Ф | Ф | Ф | Ф | Ф | Ф | 0 | 0 | 0 | 0 |
1 | ↑ | 0 | Ф | Ф | d | C | b | a | d | c | b | a |
1 | ↑ | 1 | 0 | Ф | Ф | Ф | Ф | Ф | Q3 | Q2 | Q1 | Q0 |
1 | ↑ | 1 | Ф | 0 | Ф | Ф | Ф | Ф | Q3 | Q2 | Q1 | Q0 |
1 | ↑ | 1 | 1 | 1 | Ф | Ф | Ф | Ф | 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=ET=“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= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74HC161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
3.3 74HC573引脚图及工作原理
图3-3 74HC573电路图
工作原理：74HC573的八个锁存器都是透明的D 型锁存器，当使能（G）为高时，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。输出控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，而不需要外接口。特别适用于缓冲寄存器，I/O通道，双向总线驱动器和工作寄存器。
3.4 74HC138引脚图及工作原理
图3-4 74HC138电路图
表3—2 74HC138真值表
74HC138 真值功能表 |
输入 | 输出 |
使能 | 地址 |
E3 | E2 | E1 | A2 | A1 | A0 | Y0 | Y1 | Y2 | Y3 | Y4 | Y5 | Y6 | Y7 |
X | X | H | X | X | X | H | H | H | H | H | H | H | H |
L | X | X | X | X | X | H | H | H | H | H | H | H | H |
X | H | X | X | X | X | H | H | H | H | H | H | H | H |
H | L | L | L | L | L | L | H | H | H | H | H | H | H |
H | L | L | L | L | H | H | L | H | H | H | H | H | H |
H | L | L | L | H | L | H | H | L | H | H | H | H | H |
H | L | L | L | H | H | H | H | H | L | H | H | H | H |
H | L | L | H | L | L | H | H | H | H | L | H | H | H |
H | L | L | H | L | H | H | H | H | H | H | L | H | H |
H | L | L | H | H | L | H | H | H | H | H | H | L | H |
H | L | L | H | H | H | H | H | H | H | H | H | H | L |
工作原理：74HC138 按照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7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;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。
3.5 AT28C64引脚及相关参数
图3-5 AT28C64电路图
AT28C64程序存储器芯片读操作访问就像使用静态RAM一样,当CE和OE为低电平,WE为高电平,由地址引脚上电平决定的存储单元中的存储的数据就被读出。无论何时CE或OE为高电平时,AT28C64输出引脚上都呈高阻状态。
3.6 8*8LED点阵
图3-6 8*8LED点阵引脚图 图3-7 8*8LED点阵电路图
8*8LED点阵有共阳和共阴两种接法，共阴共阳实际区别看是否把所有的LED灯阳极或者阴极接在一起，而在接入电路中要用万用表加以区别。通过在点阵两端加入高低电压，从而控制LED灯的亮灭。
4 原理总图
图4-1 原理总图
5.元件清单
表5-1 元件清单
6调试过程及测试数据
为使电路便于调试我们采用分块调试的方法。
6.1 通电前检查
先用面包板检查各元器件的好坏，并且在面包板上先进行组装看是否出结果。然后再在洞洞板上进行焊接，焊接完成后，用万用表和仿真图一一检查电路电源、元器以及各部分接线正确是否正常。检查电源，元器件之间是否有短路或者虚焊等现象，若有错误立即修改。最后直至整体电路无错误后再通电。
6.2 通电检查
6.2.1按钮开关的检查
首先将按钮开关和其他电路模块断开，只留按钮开关部分。其次，给电路两端接5伏直流电压。理论上对于开关断开状况下，开关两端电压应为5伏，如果无误，断开5伏电压，接通开关，理论上此时开关应处于短路状态，确认无误，则开关部分完好，最后，恢复周围电路。
6.2.2 点阵模块的调试
（a）．定正负极：用万用表调至二极管测试档位，将两表笔搭在点阵任意两个引脚上，观察点阵是否有LED灯点亮，若有灯亮，记下此时万用表红黑表笔位置和点亮的LED灯的位置，依次尝试，直至64个LED灯全部点亮。红表笔代表正极，黑表笔代表负极。
（b）．引脚编号：先把器件的引脚正负分布情况记下来，正极（行）用数字表示，负极（列）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，黑色点负极引脚，看是第几列的二极管发光，第一列就在引脚写A，第二列就在引脚写B，第三列......以此类推。 这样就点阵的一半引脚都编号了。剩下的正极引脚用同样的方法，第一行的亮就在引脚标1，第二行就在引脚标2，第三行......以此类推。
图6-1 LED点阵引脚编号 图6-2 LED点阵实物图
6.2.3 NE555单元电路的调试
图6-3 NE555单元电路
断开其他单元，仅保留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。
6.2.4 74HC161计数器的调试
断开其他元件，仅保留74HC161和NE555单元，接通五伏电源，CLR、EP、TP、RD接“1”，A、B、C、D接“0”，将脉冲输入端和QA、QB、QC、QD接示波器，若波形符合计数器的脉冲规律，则表明74HC161模块完好。
图6-4 74HC161计数器实物
6.2.5 74HC138译码器的调试
断开其他元件，仅保留74HC138、74HC161和NE555单元，接通五伏电源，E3接“1”，E1、E2接“0”，输入端A0、A1、A2和74HC161的QA、QB、QC相接，将Y0~Y7依次接示波器，若波形符合译码器的脉冲规律，则表明74HC138模块完好。
图6-5 74HC138译码器实物图
6.2.6存储器AT28C64的调试
用存储器烧录器（可用EasyPRO 系列编程器，如EasyPRO 100B）将准备好的数据输入，将存储器AT28C64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，若出现乱码或不是之前所写数据，则表明烧写失败，需重新烧写；若是，则写入成功，将AT28C64以前的电路接好，在AT28C64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，若是，则表明存储器模块调试成功。
图6-6 AT28C64存储器实物
图6-7 存储器中部分程序
6.2.7 74HC573锁存器的调试
将寄存器及其之前的电路按照电路图连接好，将OE、LE接5伏，用万用表电流档74HC573的输入输出是否相同，若有差异，则表明74HC573完好，否则，检查接线和芯片。
各模块均调试成功后，将所有模块按照之前所示电路图接好，仔细检查是否有接线错误，若无，则可以接通电源。
图6-8 74HC573锁存器实物
6.3 结果分析
当电源接通后，正常状况下，点阵将会按之前所写显示数据，如按下图写入数据，则会显示“1234567890ABCDEF”十六个字符，也可以设计成自己喜欢的图型显示出来。
图6-9 整体电路板
图6-10 结果展示
7小结
这次课设从暑假就开始老师布置任务，我们自己组队选题再到自己查资料、设计电路、购买器材、焊接电路、组装调试等等。到现在终于可以告一段落了。这次课设总体来说还是比较坎坷的，从开始设计电路图到电路图调试，从开始购买原器件到开始焊板子，完后进行调试，为要实现最终要求，调试占用了大量的时间。经过不停的调试和老师的帮助找到部分问题的所在，后经过修改有很大的好转，但是效果还是很不理想，以至于我们最后又重新开始购买器件、焊接和调试，最终虽然有偏差，但效果还是令人欣慰的。这次课设顺利完成既有老师的大力帮助，同时也有组员们的献计献策，而且也是理论知识的完美应用，因此在辛苦的同时收获也是很大的。
8 设计体会及今后的改进意见
.8.1 体会
经过此次课程设计的锻炼，我的确学习了不少东西！之前只是学习课本的理论知识，时间毕竟接触的很少，总感觉不到我们所学的东西到底有什么使用价值，而在课设期间，我才发现了我们学习的理论知识的价值和作用，而且通过这次机会很好的巩固了一下理论，使理论和实践有机的结合为一体。这不管是在我今后的学习中还是生活中都将产生莫大的影响。
8.2 本方案特点及存在的问题
本方案电路结构简单，调试简单，所用元器件少，成本较低基本达到了课题要求。但同时对EEPROM利用率较低只用了1/16的内存空间，造成极大浪费，同时没有用硬件达到拓展部分要求而是采用软件。
8.3 改进意见
我们可以让电路显示的更加贴合现代社会的电子屏幕要求，但由于验收时间等的关系，我们采用的是软件的方法达到拓展部分要求，其实也可通过加法器和减法器来达到拓展要求。并且最后的8*8led灯本不用加限流电阻，因为有74HC573作为电流缓冲器给了电流缓冲作用。
参 考 文 献[1] 阎石.数学电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2006
[2] 孙肖子.模拟电子电路及技术基础.西安电子科技大学. 西安电子科技大学出版社.2007
[3] 童诗白 华成英.模拟电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.200
[4] 李志健. 数字电子技术基础实验任务书.陕西科技大学教务处.2007
附录Ⅰ 原理总图
附录Ⅱ元器件清单
附录III烧录程序
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