一種可擴(kuò)展的LED點陣顯示教具設(shè)計

盧丹萍 明鑫

【摘要】本文設(shè)計了一種可擴(kuò)展的LED點陣顯示教具，包括一個單片機(jī)模塊和多個LED點陣模塊，每個點陣模塊均設(shè)有接插件形式的輸入端口和輸出端口，點陣模塊之間可通過插接件逐一相連，形成積木式擴(kuò)展。

【關(guān)鍵詞】LED點陣 教具 積木式擴(kuò)展

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）11C-0190-03

單片機(jī)原理課程是當(dāng)前高職院校電子信息類專業(yè)的必修課程，對于本課程中LED點陣顯示內(nèi)容的教學(xué)，除進(jìn)行理論講解之外，還要應(yīng)用軟件仿真、圖片展示等方式對LED點陣的組成原理及設(shè)計方法進(jìn)行分析，有時也會用單片機(jī)實驗箱來進(jìn)行實物演示。軟件仿真和圖片展示都在電腦中完成，比較抽象，學(xué)生不易理解。若用單片機(jī)實驗箱來進(jìn)行實物演示，常規(guī)單片機(jī)實驗箱一般只有一個獨立的16x16LED點陣模塊，每次只能顯示一個固定的漢字，與實際應(yīng)用脫節(jié)，無法演示多點陣模塊的聯(lián)級擴(kuò)展應(yīng)用。另外由于單片機(jī)實驗箱可以用來演示多種實驗，實驗箱中除了LED點陣模塊之外還有其他模塊電路，不便于學(xué)生觀察和學(xué)習(xí)，且單片機(jī)實驗箱一般比較笨重，不便于攜帶。

因此，設(shè)計了一種單片機(jī)原理課程教學(xué)中用于演示LED點陣顯示原理及聯(lián)級擴(kuò)展方法的積木式LED點陣顯示教具，以解決常規(guī)教具的不足之處。

一、系統(tǒng)電路方案

該可擴(kuò)展的LED點陣顯示教具，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由一個單片機(jī)模塊和多個LED點陣模塊構(gòu)成。其中每個點陣模塊均設(shè)有接插件形式可相互匹配的輸入端口和輸出端口，各點陣模塊之間以后級點陣模塊輸入端口插入前級點陣模塊輸出端口的形式逐級串聯(lián)在一起，形成積木式擴(kuò)展，單片機(jī)模塊通過數(shù)據(jù)線與第一級點陣模塊相連接，并由單片機(jī)模塊對各級點陣模塊的顯示進(jìn)行控制。

（一）單片機(jī)模塊。單片機(jī)模塊如圖2所示，包括單片機(jī)和兩個按鍵。單片機(jī)采用STC90C58RD+，它是51內(nèi)核單片機(jī)，具有1280字節(jié)的SRAM和32K字節(jié)Flash存儲器，這樣大的存儲空間可存儲更多的顯示內(nèi)容，便于教具演示。兩個按鍵用于選擇教具功能，按鍵S1按下時，單片機(jī)以每秒鐘掃描1行的速度控制LED點陣顯示，此時顯示的內(nèi)容以較慢的方式在點陣模塊上逐行展示出來，演示了“逐行掃描”的原理。按鍵S2按下時，單片機(jī)以正常的速度掃描LED點陣。

（二）點陣模塊。點陣模塊由行選通電路、行驅(qū)動電路、列驅(qū)動電路、16x16LED點陣塊、輸入端口和輸出端口組成。

行選通電路如圖3所示，由兩個譯碼器U1、U2構(gòu)成，U1、U2的型號均采用74HC138，兩譯碼器聯(lián)級之后可進(jìn)行4-16譯碼，實現(xiàn)輪流選通16x16LED點陣塊中的每一行；U1、U2連級之后，碼電路的地址輸入端為A、B、C、D，譯碼電路的使能端為EN，譯碼器電路的輸出端信號為HH1-HH16。

行驅(qū)動電路如圖4所示，由16個三極管組成，16個三極管分別驅(qū)動16x16LED點陣塊的16行；三極管采用PNP型三極管S8550，行驅(qū)動電路的16個輸入端HH1-HH16各串接一個電阻后分別接入16個三級管的基極，16個三級管的發(fā)射級連接VCC電源端，集電極分別形成16個行驅(qū)動輸出端H1-H16。

列驅(qū)動電路如圖5所示，由兩個移位寄存器U3、U4組成，移位寄存器U3、U4的型號均采用74HC595，實現(xiàn)16X16LED點陣塊16條列線信號由串行到并行的轉(zhuǎn)換；移位寄存器U3、U4的10、16腳接VCC電源端，8、13腳接地，移位寄存器U3的14腳作為寄存電路的串行數(shù)據(jù)輸入端Din，移位寄存器U4的9腳作為寄存電路的串行數(shù)據(jù)輸出端Dout，移位寄存器U3、U4的11腳并聯(lián)并作為寄存電路的串人并出數(shù)據(jù)時鐘信號端sck，移位寄存器U3、U4的12腳并聯(lián)并作為寄存電路的并行數(shù)據(jù)輸出使能端St；移位寄存器的輸出引腳分別為L1-L16。

16x16LED點陣塊如圖6所示，由4片8x8LED點陣塊U5、U6、U7、U8聯(lián)級組成。16x16LED點陣塊由行驅(qū)動電路的16個行驅(qū)動輸出端H1-H16和列驅(qū)動電路的16個列驅(qū)動輸出端分別對16x16LED點陣塊的行和列進(jìn)行驅(qū)動。

點陣模塊的輸入端口、輸出端口和外觀如圖7、圖8和圖9所示。

輸入端口JP1和輸出端口JP2分別采用5x2的排針和排母，輸入端口JP1的1腳接VCC電源端，3腳接地，5、7、9腳分別接列驅(qū)動電路的Din、Sck、St端，輸入端口JP1的2、4、6、8、10腳分別接行選通電路的A、B、C、D、EN端。

輸出端口JP2的1、3、5、7、9腳分別接行選通電路的A、B、C、D、EN端，輸出端口JP2的2腳接VCC電源端，4腳接地，6、8、10腳分別接列驅(qū)動電路的Din、Sck、st端。

輸入端口JP1和輸出端口JP2分別設(shè)在點陣模塊電路板的兩端，作為接插件時可相互匹配，由此實現(xiàn)點陣模塊的連級。

二、系統(tǒng)程序設(shè)計

本教具的程序，主要讓學(xué)生理解點陣顯示的驅(qū)動過程，特別是“逐行掃描”的驅(qū)動原理。在掌握單個漢字驅(qū)動方法的基礎(chǔ)上，再學(xué)習(xí)連續(xù)顯示多個漢字的控制方法。

單個漢字顯示的程序流程圖如圖10所示。首先讀取列數(shù)據(jù)，并通過單片機(jī)串口發(fā)送給595。列數(shù)據(jù)送完之后，就通過“ABCD”4條地址線送出數(shù)據(jù)選通對應(yīng)的某一行。如此循環(huán)16次就完成了16行的掃描，可以顯示出一個完整的漢字。正常顯示時，此處的延時函數(shù)為2ms左右。如果想看到逐行掃描的顯示效果，把此延時函數(shù)的時間加長到0.5s即可。顯示子程序如下：

本LED點陣顯示教具應(yīng)用在單片機(jī)原理課程教學(xué)中，能以較慢的速度掃描點陣，以演示LED點陣顯示中“逐行掃描”的基本原理，也能以正常的方式掃描，點陣模塊間能以搭積木的方式演示顯示模塊聯(lián)級擴(kuò)展的方法，從而解決了傳統(tǒng)教具在LED點陣顯示內(nèi)容的教學(xué)過程中方法單一、形式抽象的不足，而且本教具操作簡單，便于攜帶。

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【基金項目】廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院2017年度科研課題（171207）

【作者簡介】盧丹萍（1983一），女，廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向：智能控制技術(shù)。

（責(zé)編 丁夢）