电子技术基础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： 201306050122院（系）：理学院专业：电子科学与技术指导教师：戴庆瑜2015 年 12 月 28日目录1 选题背景 (1)1.1 基本设计任务 (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 (2)2.1 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 (3)3.1 555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 (7)3.5 AT28C16引脚图及相关参数 (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 (10)4 原理总图 (12)5 元件清单 (13)6 调试过程及测试数据（采用分模块调试） (13)6.1 通电前检查 (13)6.2 复位电路及手动开关复位电路的调试 (13)6.3 NE55的调试 (14)6.4 AT28C16的调试 (14)6.5 结果观察调试 (15)7 电路实物 (15)7.1 整体实物电路展示 (15)7.2 电路功能部分展示 (16)8 小结 (19)9 设计体会及改进意见 (19)9.1 设计体会 (19)9.2 设计不足 (19)9.3 设计改进意见 (19)参考文献 (20)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，由于成本及实用性的优势，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、通告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，而如何控制这些单一的单元按照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成本的LED驱动电路呢？在这里，我以8x8点阵为例进行研究。
1.1 基本设计任务(1)能够显示0~9、a~z或A~Z，显示字符数量不少于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 设计原理通过控制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。
1.4 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控制存储器AT28C16的输出来进行调节，三态门控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74HC161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。
因为所用地址有11个，依照原理最多可显示256个画面，即可在实现基础内容的基础上实现拓展内容。
方案二：以3输出的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，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，同时为防止纵向拉电流过小，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。
因为存储器地址输入有7位，所以最多能显示16个画面。
可以完成基本任务，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，调试不易。
而方案二电路简单，但已能实现基本功能，且可以在拓展存储地址的情况下实现拓展功能。
故出于成本和时间的考虑，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构成顺序脉冲发生器，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，同时为防止纵向拉电流过小，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。
因为存储器地址输入有7位，所以最多能显示16个画面。
可以完成基本任务，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。
充电时间常数T充=（R1＋R2）C。
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。
【注：此设计所用555振荡周期U1t=(20+2x20)KΩx1nfx0.693=41.58x10^(-6)sU2t=(47+53X2)KΩx10ufx0.693=1.06029s】3.2 74HC161引脚图及工作原理图3-2-1 74HC161引脚图表3-2-2 74HC161功能表工作原理：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引脚图表3-3-2 74HC138真值表工作原理：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。
3.4 74HC573引脚图及工作原理图3-4 74HC573引脚图工作原理：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。
3.5 AT28C16引脚图及相关参数图3-5-1 AT28C16引脚图表3-5-2 AT28C16引脚功能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：(1)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，达到一定程度时，即为高电平，电路开始工作。
（2）手动开关复位：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，则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引脚图表3-8-2 74HC04功能表4 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，若有，检查短路线路并修改，若没有，则继续进行电路通电测试。