一種可擴展的LED點陣顯示教具設計

盧丹萍 明鑫

【摘 要】本文設計了一種可擴展的LED點陣顯示教具，包括一個單片機模塊和多個LED點陣模塊，每個點陣模塊均設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，形成積木式擴展。

【關鍵詞】LED點陣 教具 積木式擴展

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）11C-0190-03

單片機原理課程是當前高職院校電子信息類專業的必修課程，對于本課程中LED點陣顯示內容的教學，除進行理論講解之外，還要應用軟件仿真、圖片展示等方式對LED點陣的組成原理及設計方法進行分析，有時也會用單片機實驗箱來進行實物演示。軟件仿真和圖片展示都在電腦中完成，比較抽象，學生不易理解。若用單片機實驗箱來進行實物演示，常規單片機實驗箱一般只有一個獨立的16×16LED點陣模塊，每次只能顯示一個固定的漢字，與實際應用脫節，無法演示多點陣模塊的聯級擴展應用。另外由于單片機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，不便于學生觀察和學習，且單片機實驗箱一般比較笨重，不便于攜帶。

因此，設計了一種單片機原理課程教學中用于演示LED點陣顯示原理及聯級擴展方法的積木式LED點陣顯示教具，以解決常規教具的不足之處。

一、系統電路方案

該可擴展的LED點陣顯示教具，系統結構如圖1所示，由一個單片機模塊和多個LED點陣模塊構成。其中每個點陣模塊均設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在一起，形成積木式擴展，單片機模塊通過數據線與第一級點陣模塊相連接，并由單片機模塊對各級點陣模塊的顯示進行控制。

（一）單片機模塊。單片機模塊如圖2所示，包括單片機和兩個按鍵。單片機采用STC90C58RD+，它是51內核單片機，具有1280字節的SRAM和32K字節Flash存儲器，這樣大的存儲空間可存儲更多的顯示內容，便于教具演示。兩個按鍵用于選擇教具功能，按鍵S1按下時，單片機以每秒鐘掃描1行的速度控制LED點陣顯示，此時顯示的內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、行驅動電路、列驅動電路、16×16LED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構成，U1、U2的型號均采用74HC138，兩譯碼器聯級之后可進行4-16譯碼，實現輪流選通16×16LED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。

行驅動電路如圖4所示，由16個三極管組成，16個三極管分別驅動16×16LED點陣塊的16行；三極管采用PNP型三極管S8550，行驅動電路的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個三級管的發射級連接VCC電源端，集電極分別形成16個行驅動輸出端H1-H16。

列驅動電路如圖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16×16LED點陣塊16條列線信號由串行到并行的轉換；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據輸入端Din，移位寄存器U4的9腳作為寄存電路的串行數據輸出端Dout，移位寄存器U3、U4的11腳并聯并作為寄存電路的串入并出數據時鐘信號端Sck，移位寄存器U3、U4的12腳并聯并作為寄存電路的并行數據輸出使能端St；移位寄存器的輸出引腳分別為L1-L16。

16×16LED點陣塊如圖6所示，由4片8×8LED點陣塊U5、U6、U7、U8聯級組成。16×16LED點陣塊由行驅動電路的16個行驅動輸出端H1-H16和列驅動電路的16個列驅動輸出端分別對16×16LED點陣塊的行和列進行驅動。

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5×2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腳分別接列驅動電路的Din、Sck、St端。

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

二、系統程序設計

本教具的程序，主要讓學生理解點陣顯示的驅動過程，特別是“逐行掃描”的驅動原理。在掌握單個漢字驅動方法的基礎上，再學習連續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。首先讀取列數據，并通過單片機串口發送給595。列數據送完之后，就通過“ABCD”4條地址線送出數據選通對應的某一行。如此循環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，此處的延時函數為2ms左右。如果想看到逐行掃描的顯示效果，把此延時函數的時間加長到0.5s即可。

顯示子程序如下：

void Disp（unsigned int index）

{ unsigned char a，b；

unsigned int c，d；

c = index *32；

index = c；

Add=1；

for（b=0；b<16；b++）

{ SCON=0x00；

for（a=0；a<16；a++）

{ k=～led[index]；

SBUF=k；

while（TI==0）；

TI=0；

index += 16；

}

s154=0；P0=b；

delay（2）；

s154=1；

x = ++index；

}

}

本LED點陣顯示教具應用在單片機原理課程教學中，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級擴展的方法，從而解決了傳統教具在LED點陣顯示內容的教學過程中方法單一、形式抽象的不足，而且本教具操作簡單，便于攜帶。

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