彩灯控制器设计

目录

一．系统设计概述 (1)

1.实践要求： (1)

2.原理分析与电路方框图： (1)

二．原件选择与电路设计 (2)

1.脉冲发生电路 (3)

2.计数控制电路 (4)

3.译码驱动电路 (5)

4.储存单元 (6)

5.计数器显示电路 (7)

6.显示矩阵 (8)

三．电路的安装与测试 (8)

1.电路连接： (8)

2.电路调试： (9)

四．总结 (10)

附表1：原件清单 (11)

附表2：图片程序源码 (12)

附表3：总电路图 (14)

附表4：电路实物 (15)

参考文献 (16)

一．系统设计概述

1.实践要求：

通过对硬件编程，将图形、文字、动画存储在E2PROM中，通过计数器控制图形、文字、动画的地址，在利用显示矩阵显示出来。系统所显示的内容可反复循环，直至手动或加压清零，便可回到初始地址。

1）设计脉冲产生电路、图形控制电路和存储电路；

2）用发光二极管点阵（8×8）作为显示电路，显示内容的动面感要强。

3）图形能连续循环，图形大于64幅，图形显示间隔在20ms～2s范围内连续可调；

4）能手动和加压清零功能，有自动选画功能；

5）完成电路全部设计后，通过实验箱验证设计课题的正确性

2.原理分析与电路方框图：

通过对实验要求的解读，可知实践需要通过对EEPROM编程来控制一个8X8LED的矩阵输出存在EEPROM中的各种图形或者文字。因此就需要分别用8个地址线来分别控制点阵的行与列。本次实践中，我们使用74LS138及EEPROM来实现对行列的控制。

由于人类视觉暂留实践为20ms，因此将点阵的列设计成高频的刷新电路，行设计成低频的换面切换电路，这样就能够显示出清晰，可变的图形。显然，我们可以用译码器来控制列，刷新点阵。用EEPROM来控制行，来输出图形。

点阵中的LED灯是低电压导通，因此应该把阴极定位列，阳极定为行。

频率控制电路可以利用基于555振荡器的多谐振荡器加计数器来实现。高频频率应为400~500Hz，根据要求所知，图形间隔在20ms到2s之间，因此低频频率应为5Hz~50Hz。

在列方面，我们使用74LS161的二进制计数器来实现对译码器的控制即可；

在行方面，由于要求显示出64幅的画面，实际我们设计了80幅画面，因此我们使用一个16*5进制的计数器，用两片74LS161同步CP端且用置数法来实现，并用显示电路来显示低位、高位计数器的计数情况，地位控制每幅画面，高位控制每组画面。并用通过对高位芯片置数端，清零端的控制来实现要求中的选

画与清零。

EEPROM 我们选用常用的2864，使用计算机固化程序。程序的设计我们采用液晶字库显示程序直接导出16进制代码，分别输入对应行列进行固化。将低位计数器接入EEPROM 的低位，高位芯片接入高位；高频计数器输出接入EEPROM 的最低三位。

通过上述分析，我们将系统分为八个功能模块：高频脉冲发生电路，低频脉冲发生电路，列计数控制电路，行计数控制电路，译码驱动电路，存储单元，图案显示矩阵，数字显示电路。

系统原理框图如下所示：

有了上述的分析，电路的结构已经比较清晰，接下来就要进行电路的具体设计、原件选择及总体布局的设计。

二． 原件选择与电路设计

1. 脉冲发生电路

用555定时器组成多谐振荡器输出方波脉冲。产生脉冲振荡频率的计算公式为：

f=

2

ln )2(1

21C R R +

取电容C=10μF 则得：

高频电路的频率为400Hz ，得出357221=+R R ,因此选用1R =340Ω, 2R =10Ω。

低频电路的频率要在0.5Hz 到50Hz 范围内变化，因此得出212R R +要在2857Ω到2.8M Ω范围内变化。因此选用1R =2K Ω，2R 为1M Ω可调电位器。

清零端D R 高触发端TH 低触发端TL Qn+1 放电管T

功能 0 ⨯ ⨯ 0 导通 直接清零 1 CC V 32>

CC V 31

> 0 导通 置0 1 CC V 32< CC V 31< 1 截止 置1 1

CC V 32<

CC V 31>

Qn

不变

保持

电路使用0.01μF 的小电容来旁路高频信号，所得电路图如下：

高频振荡电路低频振荡电路

2.计数控制电路

1）列计数器控制电路：由于列模块使用3-8线译

码器来控制点阵的列，因此需要使用一个四位二

进制计数器来作为译码器的输入，只用计数器的

第三位，选用74LS161，分别从000→001→……

→111，接入译码器的三个输入端，根据下面功能

表，输出端将从低位到高位依次输出低电平，从

而达到扫描列的作用。74LS161时钟端接555的

3口，因此扫描频率为高频脉冲发生器频率

400Hz。电路连接如图所示：

74LS161功能表

输入输出

C R CP L

D EP ET D3D2D1D0Q3 Q2Q1Q0

0 Ф Ф Ф Ф Ф Ф Ф Ф 0 0 0 0

1 ↑ 0 Ф Ф d c b a d c b a

1 ↑ 1 0 Ф Ф Ф Ф Ф Q3 Q2Q1Q0

1 ↑ 1 Ф 0 Ф Ф Ф Ф Q3 Q2Q1Q0

1 ↑ 1 1 1 Ф Ф Ф Ф 16进制计数

2）行计数控制电路：由于需要使用两片74LS161来实现一个80进制的计数器，因此我们采用了同步计数法，将两片161的时钟端（2口）都接到低频脉冲发生电路的输出口（3口），低位的进位位与高位的EP、ET端相连，以此实现计数功能。将高低位芯片的清零端和置数端分别接到开关上，来实现清零和置数功；将高位芯片的各输入端（D0~D3）分别接开关，以此来选择画面组，实现选画功能，低位输入端均接地。

3.译码驱动电路

需要对点阵的列进行高速逐行的扫描，一共有8行，根据译码器的工作原理可知可以用3-8线译码器来实现，分别从Y0~Y7输出低电平扫描各行。连接电路如下图：