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一种可扩展的LED点阵显示教具设计
【摘 要】本文设计了一种可扩展的LED点阵显示教具,包括一个单片机模块和多个LED点阵模块,每个点阵模块均设有接插件形式的输入端口和输出端口,点阵模块之间可通过插接件逐一相连,形成积木式扩展.【关键词】LED点阵 教具 积木式扩展【中图分类号】G 【文献标识码】A【文章编号】0450-9889（2017）11C-0190-03单片机原理课程是当前高职院校电子信息类专业的必修课程,对于本课程中LED点阵显示内容的教学,除进行理论讲解之外,还要应用软件仿真、图片展示等方式对LED点阵的组成原理及设计方法进行分析,有时也会用单片机实验箱来进行实物演示.软件仿真和图片展示都在电脑中完成,比较抽象,学生不易理解.若用单片机实验箱来进行实物演示,常规单片机实验箱一般只有一个独立的16×16LED点阵模块,每次只能显示一个固定的汉字,与实际应用脱节,无法演示多点阵模块的联级扩展应用.另外由于单片机实验箱可以用来演示多种实验,实验箱中除了LED点阵模块之外还有其他模块电路,不便于学生观察和学习,且单片机实验箱一般比较笨重,不便于携带.因此,设计了一种单片机原理课程教学中用于演示LED点阵显示原理及联级扩展方法的积木式LED点阵显示教具,以解决常规教具的不足之处.一、系统电路方案该可扩展的LED点阵显示教具,系统结构如图1所示,由一个单片机模块和多个LED点阵模块构成.其中每个点阵模块均设有接插件形式可相互匹配的输入端口和输出端口,各点阵模块之间以后级点阵模块输入端口插入前级点阵模块输出端口的形式逐级串联在一起,形成积木式扩展,单片机模块通过数据线与第一级点阵模块相连接,并由单片机模块对各级点阵模块的显示进行控制.
（一）单片机模块.单片机模块如图2所示,包括单片机和两个按键.单片机采用STC90C58RD+,它是51内核单片机,具有1280字节的SRAM和32K字节Flash存储器,这样大的存储空间可存储更多的显示内容,便于教具演示.两个按键用于选择教具功能,按键S1按下时,单片机以每秒钟扫描1行的速度控制LED点阵显示,此时显示的内容以较慢的方式在点阵模块上逐行展示出来,演示了“逐行扫描”的原理.按键S2按下时,单片机以正常的速度扫描LED点阵.
（二）点阵模块.点阵模块由行选通电路、行驱动电路、列驱动电路、16×16LED点阵块、输入端口和输出端口组成.行选通电路如图3所示,由两个译码器U1、U2构成,U1、U2的型号均采用74HC138,两译码器联级之后可进行4-16译码,实现轮流选通16×16LED点阵块中的每一行；U1、U2连级之后,码电路的地址输入端为A、B、C、D,译码电路的使能端为EN,译码器电路的输出端信号为HH1-H
行驱动电路如图4所示,由16个三极管组成,16个三极管分别驱动16×16LED点阵块的16行；三极管采用PNP型三极管S8550,行驱动电路的16个输入端HH1-HH16各串接一个电阻后分别接入16个管的基极,16个管的发射级连接VCC电源端,集电极分别形成16个行驱动输出端H1-H16.
列驱动电路如图5所示,由两个移位寄存器U3、U4组成,移位寄存器U3、U4的型号均采用74HC595,实现16×16LED点阵块16条列线信号由串行到并行的转换；移位寄存器U3、U4的10、16脚接VCC电源端,8、13脚接地,移位寄存器U3的14脚作为寄存电路的串行数据输入端Din,移位寄存器U4的9脚作为寄存电路的串行数据输出端Dout,移位寄存器U3、U4的11脚并联并作为寄存电路的串入并出数据时钟信号端Sck,移位寄存器U3、U4的12脚并联并作为寄存电路的并行数据输出使能端St；移位寄存器的输出引脚分别为L1-L16.
16×16LED点阵块如图6所示,由4片8×8LED点阵块U5、U6、U7、U8联级组成.16×16LED点阵块由行驱动电路的16个行驱动输出端H1-H16和列驱动电路的16个列驱动输出端分别对16×16LED点阵块的行和列进行驱动.点阵模块的输入端口、输出端口和外观如图7、图8和图9所示.
输入端口JP1和输出端口JP2分别采用5×2的排针和排母,输入端口JP1的1脚接VCC电源端,3脚接地,5、7、9脚分别接列驱动电路的Din、Sck、St端,输入端口JP1的2、4、6、8、10脚分别接行选通电路的A、B、C、D、EN端.输出端口JP2的1、3、5、7、9脚分别接行选通电路的A、B、C、D、EN端,输出端口JP2的2脚接VCC电源端,4脚接地,6、8、10脚分别接列驱动电路的Din、Sck、St端.输入端口JP1和输出端口JP2分别设在点阵模块电路板的两端,作为接插件时可相互匹配,由此实现点阵模块的连级.二、系统程序设计本教具的程序,主要让学生理解点阵显示的驱动过程,特别是“逐行扫描”的驱动原理.在掌握单个汉字驱动方法的基础上,再学习连续显示多个汉字的控制方法.单个汉字显示的程序流程图如图10所示.首先读取列数据,并通过单片机串口发送给595.列数据送完之后,就通过“ABCD”4条地址线送出数据选通对应的某一行.如此循环16次就完成了16行的扫描,可以显示出一个完整的汉字.正常显示时,此处的延时函数为2ms左右.如果想看到逐行扫描的显示效果,把此延时函数的时间加长到0.5s即可.
本LED点阵显示教具应用在单片机原理课程教学中,能以较慢的速度扫描点阵,以演示LED点阵显示中“逐行扫描”的基本原理,也能以正常的方式扫描,点阵模块间能以搭积木的方式演示显示模块联级扩展的方法,从而解决了传统教具在LED点阵显示内容的教学过程中方法单一、形式抽象的不足,而且本教具操作简单,便于携带.
点阵论文范文结:
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