可编程设计实训课件.ppt

1、1,可编程字符(图案)显示器设计 课程设计电子线路设计实验测试 华中科技大学 谢自美 主编,黄晓明 139 - 0711 4871 QQ：1074748619 h1_x2_,2,导学,第一节 可编程字符(图案)显示电路的基本组成,第二节 可编程字符(图案)显示电路的工作原理,第四节 设计中常见错误汇编,第三节 EPROM/EEPROM的擦除与写操作,可编程字符(图案)显示器设计目录,第五节 参考电路及参考PCB板,3,导 学,将要显示的内容，如：文字、图案等信 息代码用EPROM( ) 预存起来，再通过控制电路和点阵显示屏将其还原显示。这个过程就称为可编程字符(图案)显示。,我们要完成这个项目

2、的设计，必须首先 掌握EPROM( )、发光二极管矩阵显示屏及列选线、行选线等相关数字逻辑电路的工作原理，然后再着手设计。,4,1、根据个人专业发展及市场应用前景进行策划，做可行性分析； 2、掌握整个系统的内部结构及工作原理； 3、分别做出小系统(时钟脉冲源、ROM的编程、行选线产生电路、列选线产生电路、点阵屏电路及其它辅助电路)设计方案； 4、进行整体电路设计，用ProtelDXP出PCB板图； 5、制做PCB板、采购、焊接、编程(写入)及调试； 6、写出设计报告和使用说明。,返回,5,第一节 可编程字符(图案)显示电路的基本组成,一、可编程字符(图案)显示器的组成框图,6,二、 时钟脉冲源

3、的作用：,为地址计数器提供所需的计数脉冲。一般由专用 的矩形波发生器(可采用555定时器)来构成。,7,三、 地址计数器的作用：,分别为EPROM存贮器和行选线产生电路提供 地址线 (信息) 。一般由多个D触发器、计数器组合 成的时序逻辑电路来构成。,8,四、 EPROM存贮器的作用：,EPROM存贮器用于存放将要显示的字符或图 案，它是字符显示器的核心组成部件。EPROM愈 大，存贮的字符或图案信息也愈多。,9,五、 列选线产生电路的作用：,将EPROM存贮器存放的字符或图案信息，通 过列选线产生电路(组合逻辑电路)直接去驱动发光 二极管显示屏的列选线输入端。,10,六、 行选线产生电路的作

4、用：,将不断变化的地址计数器信息，通过行选线产 生电路(译码器)去依次逐行驱动(扫描)发光二极管显 示屏的行选线输入端。,11,七、发光二极管显示屏的作用：,收到列选线产生电路送来的字符或图案信息和行选 线送来的逐行扫描信息后，发光二极管显示屏可以逐行 显示EPROM存贮器中的内容。,返回,12,一、EPROM存贮器的工作原理：,1、 常用EPROM存贮器的型号及引脚图,第二节 可编程字符(图案)显示电路的工作原理,13,14,2、 常用EPROM存贮器各引脚的功能, 上述五种芯片主电源脚都为Vcc(+5V)，都有公共地端(GND)；, 它们的编程电源引脚都为Vpp (+25V) ；, 地址线

5、随着EPROM内部存贮单元的增加而递增。,15, 为片选通信号输入端，当为低平时该芯片被选中。, 为编程脉冲输入端，当为低电平时允许该芯片编程。, 为允许数据输出(读)信号输入端，当为低平 时允许该芯片的数据输出(读)。, 它们的数据线为D7D0，都是8根；,16,3、 EPROM存贮器存贮容量的扩展,用两片2K的EPROM(2716)扩展为4K的EPROM：,C=0时： C=1时：,17,4、 EEPROM存贮器,EEPROM又称为可电擦除的可编程只读存储器。 它可以很方便地用编程器随时对芯片进行修改。常见 的EEPROM的型号有：28C17(2K*8位)、28C64(8K*8 位)、28C

6、256(32K*8位)等。在本设计中常用28C17去 替代EPROM中的2716芯片。,I/O7I/O0 为数据端； A0 A10为地址端，可寻地址 范围达到2048(2K)个存储单元；为写控制端；为片选控制；为输出允许控制端。,18,5、 EEPROM存贮器存贮容量的扩展,用两片2K的EEPROM(28C17)扩展为4K的存贮器：,C=0时： C=1时：,19,二、发光二极管矩阵显示屏,1、基本发光二极管矩阵显示屏的结构 (88),列选线,行 选 线,所有 的列选线 接二极管 的负极， 所有的行 选线接二 极管的正 极。,20,2、基本发光二极管矩阵显示屏的工作原理,只要一 次给出 8 根

7、列选线的低 电平，同时 再给出某根 行选线的高 电平，该行 对应的二极 管就会导通 发光。,21,若要显示“王”字,列选线的编码依次为：00H / 00H / E7H / 81H / 81H / E7H / 00H / 00H,行选线配合 列选线从上向下 依次为1，也称 为扫描。由于人 眼的视觉暂留现 象，当行扫描全 部完成时，我们 看到的就是一个 “王”字。,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 0 0 1 1 1,1 1 1 0 0 1 1 1,1 0 0 0 0 0 0 1,1 0 0

8、0 0 0 0 1,22,推 论,列选线依次输入的是待显示的字 符(图案)信息编码。这些信息就存放 在EPROM或EEPROM里面。行选线依次输入的是扫描信息(换 句话讲：每根行选线都配合列选线轮 流输入高电平)。 注意：行选线的扫描频率不能太低。否则会有闪烁现象。,23,3、发光二极管矩阵显示屏的扩展(1616),将多片 基本的 8X8 矩阵显示屏 按行并行和 列并列方式 可以组合成 16 X 16 16 X 256 256 X 256 大显示屏。,24,4、常用88点阵显示屏 的引脚图及扩展 5、扩展为1616点阵屏引脚图,25,三、列选线和行选线产生电路(以16 X16显示屏为例),1、

9、 列选线产生电路,由前面的分析得知，列选线输入的信息来自 于EPROM。而一片EPROM只有8个数据端，而 16 X16 的显示屏的列选线是16根。因此必须调用 EPROM 内部的两个存贮单元才能控制 16X16 显 示屏的16根列选线。(每个单元存半个字),解决之道：利用D触发器分别提供EPROM 内部两个相邻存贮单元地址，然后再将这两个存 贮单元的内容(16位)挂到列选线上即可。见后图,26,以显示“王者风范”为例。其 EPROM的内容分配如下：,27,列选线编码 0000 H 0000 H FE7FH FE7FH FE7FH FE7FH FE7FH 8001 H 8001 H FE7FH

10、 FE7FH FE7FH FE7FH FE7FH 0000 H 0000 H,28,列选线编码 FFFFH FFFFH 0180 H 0180 H 0180 H 0180 H 0180 H 7FFEH 7FFEH 0180 H 0180 H 0180 H 0180 H 0180 H FFFFH FFFFH,29,(00000000000)=FFH， (00000000001)=FFH， (00000000010)=FFH， (00000000011)=FFH， (00000000100)=01H， (00000000101)=80H， (00000000110)=01H， (000000001

11、11)=80H， (00000001000)=01H， (00000001001)=80H， (00000001010)=01H， (00000001011)=80H， (00000001100)=01H， (00000001101)=80H， (00000001110)=7FH， (00000001111)=FEH， (00000010000)=7FH， (00000010001)=FEH， (00000010010)=01H， (00000010011)=80H， (00000010100)=01H， (00000010101)=80H， (00000010110)=01H， (00000

12、010111)=80H， (00000011000)=01H， (00000011001)=80H， (00000011010)=01H， (00000011011)=80H， (00000011100)=FFH， (00000011101)=FFH， (00000011110)=FFH， (00000011111)=FFH。,假若EPROM地址(A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0)从00000000000开始，则“王”字在存贮单元中与地址的对应关系如下(占有32个存贮单元)：,30,“王”在EPROM内存中所有的地址汇总：,31,列选线编码 FF7FH FF6FH F007H F

13、F5FH FF3FH 8000 H FEFFH FC07H F9F7H F5F7H EDF7H 9C07H FDF7H FDF7H FDF7H FC07H,32,列选线编码 0080 H 0090 H 0FF8H 00A0H 00C0H 7FFFH 0100 H 03F8H 0608H 0A08H 1208 H 63F8H 0208 H 0208 H 0208 H 03F8H,由于代码从EPROM出来时被与非门非了后送入列选线。因此还要对代码预取一次非。,33,(00000100000)=00H， (00000100001)=80H， (00000100010)=00H， (000001000

14、11)=90H， (00000100100)=0FH， (00000100101)=F8H， (00000100110)=00H， (00000100111)=A0H， (00000101000)=00H， (00000101001)=C0H， (00000101010)=7FH， (00000101011)=FFH， (00000101100)=01H， (00000101101)=00H， (00000101110)=03H， (00000101111)=F8H， (00000110000)=06H， (00000110001)=08H， (00000110010)=0AH， (00000

15、110011)=08H， (00000110100)=12H， (00000110101)=08H， (00000110110)=63H， (00000110111)=F8H， (00000111000)=02H， (00000111001)=08H， (00000111010)=02H， (00000111011)=08H， (00000111100)=02H， (00000111101)=08H， (00000111110)=03H， (00000111111)=F8H。,EPROM地址(A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0)接着 从00000100000开始，则“者”字在存贮单

16、元中与地址 的对应关系如下(也占有32个存贮单元)：,34,“者”在EPROM内存中所有的地址汇总：,35,列选线编码 E00FH EFEFH EBAFH EBAFH ED6FH ED6FH EEEFH EEEFH ED6FH DD77H DBB7H DBB7H D7D6H D7D6H BFFAH BFFDH,36,列选线编码 1FF0H 1010 H 1450 H 1450 H 1290 H 1290 H 1110 H 1110 H 1290 H 2288 H 2448 H 2448 H 2829 H 2829 H 4005 H 4002 H,由于代码从EPROM出来时被与非门非了 后送入列

17、选线。因此还要对代码预取一次非。,37,(00001000000)=1FH， (00001000001)=F0H， (00001000010)=10H， (00001000011)=10H， (00001000100)=14H， (00001000101)=50H， (00001000110)=14H， (00001000111)=50H， (00001001000)=12H， (00001001001)=90H， (00001001010)=12H， (00001001011)=90H， (00001001100)=11H， (00001001101)=10H， (00001001110)=

18、11H， (00001001111)=10H， (00001010000)=12H， (00001010001)=90H， (00001010010)=22H， (00001010011)=88H， (00001010100)=24H， (00001010101)=48H， (00001010110)=24H， (00001010111)=48H， (00001011000)=28H， (00001011001)=29H， (00001011010)=28H， (00001011011)=29H， (00001011100)=40H， (00001011101)=05H， (000010111

19、10)=40H， (00001011111)=02H。,EPROM地址(A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0)接着 从00001000000开始，则“风”字在存贮单元中与地址 的对应关系如下(也占有32个存贮单元)：,38,“风”在EPROM内存中所有的地址汇总：,39,列选线编码 F7EFH C003 H F7EFH BFFFH DE07 H EDFBH BDFBH DDFBH EDFBH FDFBH F5BBH EDE6H DDEEH 5EFDH BEFBH BF07 H,40,列选线编码 0910 H 3FFCH 0810 H 4000 H 21F8H 1204 H 4204

20、H 2204 H 1204 H 0204 H 0A44H 1219 H 2211 H A102H 4104 H 40F8H,由于代码从EPROM出来时被与非门非了 后送入列选线。因此还要对代码预取一次非。,41,(00001100000)=09H， (00001100001)=10H， (00001100010)=3FH， (00001100011)=FCH， (00001100100)=08H， (00001100101)=10H， (00001100110)=40H， (00001100111)=00H， (00001101000)=21H， (00001101001)=F8H， (000

21、01101010)=12H， (00001101011)=04H， (00001101100)=42H， (00001101101)=04H， (00001101110)=22H， (00001101111)=04H， (00001110000)=12H， (00001110001)=04H， (00001110010)=02H， (00001110011)=04H， (00001110100)=0AH， (00001110101)=44H， (00001110110)=12H， (00001110111)=19H， (00001111000)=22H， (00001111001)=11H，

22、(00001111010)=A1H， (00001111011)=02H， (00001111100)=41H， (00001111101)=04H， (00001111110)=40H， (00001111111)=F8H。,EPROM地址(A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0)接着 从00001100000开始，则“范”字在存贮单元中与地址 的对应关系如下(也占有32个存贮单元)：,42,“范”在EPROM内存中所有的地址汇总：,43,将“王者风范”在EPROM内存中所有的地址汇总：,可以算出2K的EPROM中，能存贮64个汉字。(2048/32=64)。,44,当 D 触发器的

23、 时，即地址为：00000000000。,18与非门开通，EPROM对应地址的代码FFH从数 据线送到了低8位列选线上；而916与非门关闭。,0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1,45,当 D 触发器的 时，即地址为：00000000001。,916与非门开通，EPROM对应下一个地址的代码 FFH从数据线送到高8位列选线上；而18与非门关闭。,0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1,1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1,46,当

24、D 触发器的 时，即地址为：00000000010。,18与非门又开通，EPROM对应第三个地址的代码 FFH从数据线送到低8位列选线上；而916与非门关闭。,1 1 1 1 1 1 1 1,1 1 1 1 1 1 1 1,0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1,47,当 D 触发器的 时，即地址为：00000000011。,916与非门开通，EPROM对应第四个地址的代码 FFH从数据线送到高8位列选线上；而18与非门关闭。,1 1 1 1 1 1 1 1,1 1 1 1 1 1 1 1,1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1

25、1 1,48,后面省略，直到地址递增到 00001111111 时的代码F8H在列线 上就完成“王者风范”字的显示。,0 0 0 0 0 1 1 1,1 1 1 1 1 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1,49,由于是靠低平驱动点阵屏的列线，所以采用四与非 门芯片74LS00做列线的驱动器。,74LS00 内置 了四套与非门， 若要完成对16根 列选线的驱动， 需要四片。,50,2、 行选线产生电路,由前面的分析得知，行选线用于对16行发光 二极管逐行扫描（提供高电平）。因此行选线产 生电路不仅要能依次循环输出16个高电平给行选 线，而且还要

26、有较强的驱动能力 (否则高电平就 会下降，发光二极管的亮度不够)。,行选线产生电路由译码器和驱动电路两大部 分组成。由于行选线有16根，所以可采用四线16 线的译码器(如74LS154)。再用16个射随器作驱 动电路直接连在16根行选线上。,51, 集成4线16线译码器74LS154的引脚及功能表,二进制地址码输入端；,输入控制端。同为低电平时芯片有效，否则译码输出端全为高电平。,译码输出端；,52,53, 行选线产生电路的结构及工作原理,译码,显示,驱动,倒相,54,注 意,由于16 X 16点阵显示屏的列选线是分两个地址依次输入的代码，因此行选线的每一行的高电平须对应地加在这两个地址的时间

27、段。换句话说：行选线地址要比列选线地址的变化频率慢一倍。即：列选线变两次，行选线变一次。解决的方法是使行选线的地址码为A4A3A2A1，使列选线的地址码(每个汉字)为A4A3A2A1A0。,55,若A4A3A2A1为0000，则 74LS154输入的地址为A3A2A1A0为0000，译码输出只有 为0，再非一次后，就有一个高电平去驱动第一根行选线。,56,依此类推：若A4A3A2A1为1111，则74LS154输入的地址为A3A2A1A0为1111，译码输出只有 为0，再非一次后，就有一个高电平去驱动最后一根行选线。,57,在实用中若采用分立元件来完成反相驱动的功能 则电路太复杂，需要16个非

28、门和16套三极管组成的射 随器。因此常用集成反向驱动器 CC1413/ MC1416或 74LS04实现对16根行选线的反向驱动。,CC1413内置 了 7 套反向驱动 器。若要完成对 16根行选线的驱 动，至少需要三 片CC1413。,58,由于驱动的是最小规格的点阵屏，所以其消耗的功 率也很小。建议采用六非门芯片74LS04做反相驱动器。,74LS04 内置 了六套非门，若 要完成对16根行 选线的驱动，需 要三片。多出的 两个非门还可以 用于列线电路。,59,60,三、地址计数器和时钟脉冲源,1、地址计数器的功能, 地址计数器向行选线提供地址码,用 74LS93 ( 四 位计数器)做地址

29、计 数器向行选线提供 的地址码A4A3A2A1,61,62,地址计数器在向 EPROM 提供递增的 地址时是分高、低位 进行的。用一片74L S74(D触发器)和一片 74LS93(四位计数器) 组成低 5 位计数器， 提供低 5 位地址A4A3 A2A1A0，直接为列选 线提供“王者风范”这 四个字的代码。, 地址计数器向EPROM提供地址码,63,64,再用两片74LS93 (一个做4位计数器， 另一个做2位计数器) 提供高6位地址：A10A9A8A7A6A5,当高6位地址 A10A9A8A7A6A5每递 增一位，就将“王者 风范”这四个字切换 一个。其速度直接 影响换字的快慢。,65,7

30、4LS74 是双上 升沿 D 触发器，就是 说在使用过程中，如 果只用到了一个 D 触 发器就只需连接一边 的管脚。其中，清零 端和预制端接高电平 Vcc。,74LS74双D触发器芯片引脚及连接方法,66,67,68,异步二进制集成计数器74LS93使用方法,一、74LS93内部结构及逻辑符号,RD1、RD2为清零端，同时高电平有效。,69,二、功能,1、做二进制计数器用：CP0作同步脉冲，FF0构成一个模为2的计数器;,70,2、作八进制计数器用：CP1作同步脉冲，FF1、FF2、FF3构成一个模为 8 的计数器;,71,3、作十六进制计数器用： CP1端与Q0端在外部相连， FF0、 FF

31、1、FF2、FF3 构成一个模为16的计数器。,72,2、 脉冲源的功能,脉冲源为低5位地址（A4A3A2A1A0）的CP1 提供一路计数脉冲用于显示字符。该计数脉冲的频率为 f1。 f1越高，显示屏的字符越稳定。 由于人眼的视觉暂留时间大约为 20ms 左右，实践证明： 当f1=2000Hz左右时，在显示屏上看到的字符基本上就没有闪烁现象了。, 为CP1提供一路计数脉冲,73,为CP1和CP2提供计数脉冲的脉冲源一般用 555定时器与RC组成的多谐振荡器来实现。参考 电路如下：, 为CP2提供一路计数脉冲,脉冲源为高6位地址（A10A9A8A7A6A5）的 CP2 提供一路计数脉冲用于切换字

32、符。该计数 脉冲的频率为f2。f2越高，字符切换得越快，反 之则反。一般在f2低于1Hz时，其字符切换的连 续感较好。,74,输出的振荡频率 f 为：,返回,75,一、 EPROM的擦除操作,将紫外线灯管(EPROM 擦除器)直接照射EPROM的 圆窗口 1520 分钟，若芯片 内所有地址单元的内容均为 “FFH”时，则表示芯片内的 内容已擦除干净。也可采用 EEPROM 28C17 芯片，直接上编程器擦除。,第三节 EPROM的擦除与写操作,76,二、 EPROM的写操作, 将空的(未写入任何信息的)EPROM插入编程器并锁紧；,1、 联机,77, 在PC机上安装编程器的驱动程序(用提供的光

33、盘)；, 在PC机关机后通过电缆线将编程器与PC机的标准口(串口)连接起来；,78, 将编程器的直流电源(9V)接入编程器，编程器红指示灯亮表示机器正常；, 开启PC机就可以进行编程工作。,79,2、 操作, 点击PC机桌面的编程器图标，进入编程程序；, 选择连接或脱机工作；,80, 进入编程界面,常用的被编程芯片的厂家型号及编程电压。,81, 选择芯片的厂家与型号,82, 创建新文件,83, 编辑文件(未编辑文件的内容全为FF FF FF),84,把这个空文件存盘(用十六进制数保存起来)，它将自 动生成了编程器的编程文件(地址及编程文件)。然后用记 事本打开此文 件，如图所示：,85,在记事

34、本中用单元内容(16进制数)去替换下面的 FFFFFFFFFFF。最后保存。,86,重新装 载此文件(地 址、字库及 编程文件都 已备齐)，然 后就可以烧 写芯片了。,87, 保存编辑文件再点击读写窗, 将此编辑的文件写入也 称烧写芯片,为了保证烧 写成功，切记使 用最慢烧写速度。 若采用EEPROM 芯片，对话框略 有不同。,88,3、 如何使用汉字点阵库,为了使EPROM录入的汉字美观、规范，我 们可以利用汉字的点阵库来提取编码。然后再写 入芯片中。注意：从汉字的点阵库提取的编码已 自动取了非(即在列线中谁亮谁为1)，因此可以直 接用于编程。,汉字点阵库的使用方法,返回,89,第四节 设计

35、中常见错误的汇编,一、 将LED显示器中“行”与“列”发光二极管的极性搞反,正确的判断方法是： 1、用机械表测量，当LED发光时：黑表笔表示阳极，红表笔 表示阴极。 2、用数字表测量，当LED发光时：红表笔表示阳极，黑表笔 表示阴极。,90,二、 使用集成电路芯片时出错,1、所用芯片型号须与电路所示芯片型号完全一致TTL型与CMOS型在引脚及使用方法中是有所不同的（具体使用方法请参阅我编写的数电课件中第二章相关内容，该接地的接地，不能悬空的引脚则一定不要悬空）； 2、不建议使用不通用的型号的集成电路芯片如果非用不可，则必须要找到该芯片的准确资料（引脚图、工作电压额定值，数据输入及输出端口，控制命令端及触发方式）。,91,三、 使用ProtelDXP绘制PCB板时出错,1、要认真核对原始电路图，搞清楚每个器件的管脚的功能及它们的连线是否正确； 2、要准确测量LED点阵屏引脚的分布宽度； 3、在PCB板的绘制中要看清芯片的供电电源是VCC还是VDD，须弄清芯片的供电电压大小、正负极性； 4、布线的时候须将电源线和地线比其它信号线要粗 2到 3 倍以上。,四、EPROM / EEPROM的编程出错，芯片的地址对不上，不能输出正确的文字。,返回,92,第五节 参考电路及参考PCB板,一、电路原理图 二、PCB板电路图,93,94,95,谢 谢,