盧丹萍 明鑫

【摘要】本文設(shè)計(jì)了一種可擴(kuò)展的LED點(diǎn)陣顯示教具，包括一個(gè)單片機(jī)模塊和多個(gè)LED點(diǎn)陣模塊，每個(gè)點(diǎn)陣模塊均設(shè)有接插件形式的輸入端口和輸出端口，點(diǎn)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(diǎn)陣 教具 積木式擴(kuò)展

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】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(duì)于本課程中LED點(diǎn)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(duì)LED點(diǎn)陣的組成原理及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析，有時(shí)也會(huì)用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱來進(jìn)行實(shí)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(shí)驗(yàn)箱來進(jìn)行實(shí)物演示，常規(guī)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱一般只有一個(gè)獨(dú)立的16x16LED點(diǎn)陣模塊，每次只能顯示一個(gè)固定的漢字，與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，無法演示多點(diǎn)陣模塊的聯(lián)級(jí)擴(kuò)展應(yīng)用。另外由于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱可以用來演示多種實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)箱中除了LED點(diǎn)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(shí)驗(yàn)箱一般比較笨重，不便于攜帶。

因此，設(shè)計(jì)了一種單片機(jī)原理課程教學(xué)中用于演示LED點(diǎn)陣顯示原理及聯(lián)級(jí)擴(kuò)展方法的積木式LED點(diǎn)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(diǎn)陣顯示教具，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由一個(gè)單片機(jī)模塊和多個(gè)LED點(diǎn)陣模塊構(gòu)成。其中每個(gè)點(diǎn)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(diǎn)陣模塊之間以后級(jí)點(diǎn)陣模塊輸入端口插入前級(jí)點(diǎn)陣模塊輸出端口的形式逐級(jí)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(jí)點(diǎn)陣模塊相連接，并由單片機(jī)模塊對(duì)各級(jí)點(diǎn)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(gè)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(chǔ)器，這樣大的存儲(chǔ)空間可存儲(chǔ)更多的顯示內(nèi)容，便于教具演示。兩個(gè)按鍵用于選擇教具功能，按鍵S1按下時(shí)，單片機(jī)以每秒鐘掃描1行的速度控制LED點(diǎn)陣顯示，此時(shí)顯示的內(nèi)容以較慢的方式在點(diǎn)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(shí)，單片機(jī)以正常的速度掃描LED點(diǎn)陣。

（二）點(diǎn)陣模塊。點(diǎn)陣模塊由行選通電路、行驅(qū)動(dòng)電路、列驅(qū)動(dòng)電路、16x16LED點(diǎn)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(gè)譯碼器U1、U2構(gòu)成，U1、U2的型號(hào)均采用74HC138，兩譯碼器聯(lián)級(jí)之后可進(jìn)行4-16譯碼，實(shí)現(xiàn)輪流選通16x16LED點(diǎn)陣塊中的每一行；U1、U2連級(jí)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(hào)為HH1-HH16。

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

列驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示，由兩個(gè)移位寄存器U3、U4組成，移位寄存器U3、U4的型號(hào)均采用74HC595，實(shí)現(xiàn)16X16LED點(diǎn)陣塊16條列線信號(hào)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(shí)鐘信號(hào)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(diǎn)陣塊如圖6所示，由4片8x8LED點(diǎn)陣塊U5、U6、U7、U8聯(lián)級(jí)組成。16x16LED點(diǎn)陣塊由行驅(qū)動(dòng)電路的16個(gè)行驅(qū)動(dòng)輸出端H1-H16和列驅(qū)動(dòng)電路的16個(gè)列驅(qū)動(dòng)輸出端分別對(duì)16x16LED點(diǎn)陣塊的行和列進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

點(diǎn)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(dòng)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(dòng)電路的Din、Sck、st端。

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

二、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

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

單個(gè)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(duì)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(gè)完整的漢字。正常顯示時(shí)，此處的延時(shí)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(shí)函數(shù)的時(shí)間加長到0.5s即可。顯示子程序如下：

本LED點(diǎn)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(diǎn)陣，以演示LED點(diǎn)陣顯示中“逐行掃描”的基本原理，也能以正常的方式掃描，點(diǎn)陣模塊間能以搭積木的方式演示顯示模塊聯(lián)級(jí)擴(kuò)展的方法，從而解決了傳統(tǒng)教具在LED點(diǎn)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。

【參考文獻(xiàn)】

[1]聶思敏，孟仁周.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱擴(kuò)展LED點(diǎn)陣板實(shí)驗(yàn)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2006（1）

[2]劉引弟.基于單片機(jī)的雞舍環(huán)境智能控制器的設(shè)計(jì)[D].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013

[3]朱華新.16x16LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)[J].江南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（2）

[4]毛敏.基于Protues的16x32點(diǎn)陣LED漢字顯示屏的開發(fā)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2010（5）

[5]靳桅，朱云芳，鄔芝權(quán)，李騏.LED顯示屏多掃描線數(shù)據(jù)組織的通用方法[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（2）

[6]周歡.多路弱信號(hào)處理及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)的研究[D].天津理工大學(xué)，2014

【基金項(xiàng)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(mèng)）