可编程设计实训课件

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 4871QQ：1074748619h1_x2_m3211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 2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的设计，必须首先掌握E

2、PROM( )、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。31、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 4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 EPROM存贮器地址计数器时钟脉冲源列选线产生电路行选线产

3、生电路发光二极管显示屏5二、 时钟脉冲源的作用： 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。 EPROM存贮器地址计数器时钟脉冲源列选线产生电路行选线产生电路发光二极管显示屏6三、 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。 EPROM存贮器地址计数器时钟脉冲源列选线产生电路行选线产生电路发光二极管显示屏7四、 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。E

4、PROM存贮器地址计数器时钟脉冲源列选线产生电路行选线产生电路发光二极管显示屏8五、 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。EPROM存贮器地址计数器时钟脉冲源列选线产生电路行选线产生电路发光二极管显示屏9六、 行选线产生电路的作用： 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。EPROM存贮器地址计数器时钟脉冲源列选线产生电路行选线产生电路发光二极管显示屏10七、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

5、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。EPROM存贮器地址计数器时钟脉冲源列选线产生电路行选线产生电路发光二极管显示屏返回 11一、EPROM存贮器的工作原理： 1、 常用EPROM存贮器的型号及引脚图 EPROM2716EPROM2732EPROM2764EPROM27128EPROM27256地址引脚Ai11根12根13根14根15根寻址的范围2K(2048)4K(4096)8K(8192)16K(16384)32K(32768)数据引脚Di8根8根8根8根8根编程电压VPP25V25V25V25V25V供电电压VCC5V5V5V5V5V第二节

6、 可编程字符(图案)显示电路的工作原理12132、 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) ； 地址线随着EPROM内部存贮单元的增加而递增。14 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； 153、 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：164、 E

7、EPROM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)、28C256(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。 175、 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：18二、发光二极管矩阵显示屏1、基本发光二极管矩阵 显示屏

8、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。1122345678345678192、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。列选线行选线112234567834567820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。11223456783456780 0 0

9、0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 01 1 1 0 0 1 1 11 1 1 0 0 1 1 11 0 0 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 0 121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。223、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 1616 X

10、256256 X 256大显示屏。列选线行选线1215161231516234、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24三、列选线和行选线产生电路(以16 X16显示屏为例)1、 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25 以显示

11、“王者风范”为例。其EPROM的内容分配如下：16位列选线26 列选线编码0000 H 0000 HFE7FHFE7FH FE7FH FE7FH FE7FH 8001 H8001 H FE7FH FE7FH FE7FH FE7FH FE7FH 0000 H0000 H1491011121315169101112131415161234567812345678271491011121315169101112131415161234567812345678 列选线编码FFFFH FFFFH0180 H0180 H 0180 H 0180 H 0180 H 7FFEH7FFEH 0180 H 018

12、0 H 0180 H 0180 H 0180 H FFFFHFFFFH 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。28(00000000000)=FFH， (00000000001)=FFH，(00000000010)=FFH， (00000000011)=FFH，(00000000100)=01H， (00000000101)=80H，(00000000110)=01H， (00000000111)=80H， (00000001000)=01H， (00000001001)=80H， (00000001010)=01H， (00000001011)=80H

13、， (00000001100)=01H， (00000001101)=80H， (00000001110)=7FH， (00000001111)=FEH，(00000010000)=7FH， (00000010001)=FEH，(00000010010)=01H， (00000010011)=80H，(00000010100)=01H， (00000010101)=80H， (00000010110)=01H， (00000010111)=80H， (00000011000)=01H， (00000011001)=80H， (00000011010)=01H， (00000011011)=80

14、H，(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)：29“王”在EPROM内存中所有的地址汇总：地 址单元内容字符A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A000000000000FFH王00000000001FFH00000000010FFH00000000011FFH00000011100FFH00000011101FFH00

15、000011110FFH00000011111FFH30 列选线编码FF7FH FF6FHF007HFF5FH FF3FH 8000 H FEFFH FC07HF9F7H F5F7H EDF7H 9C07H FDF7H FDF7H FDF7HFC07H149101112131516910111213141516123456781234567831 列选线编码0080 H 0090 H0FF8H00A0H 00C0H 7FFFH 0100 H 03F8H0608H 0A08H 1208 H 63F8H 0208 H 0208 H 0208 H03F8H1491011121315169101112

16、131415161234567812345678 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。32(00000100000)=00H， (00000100001)=80H，(00000100010)=00H， (00000100011)=90H，(00000100100)=0FH， (00000100101)=F8H，(00000100110)=00H， (00000100111)=A0H， (00000101000)=00H， (00000101001)=C0H， (00000101010)=7FH， (00000101011)=FFH， (00000101

17、100)=01H， (00000101101)=00H， (00000101110)=03H， (00000101111)=F8H，(00000110000)=06H， (00000110001)=08H，(00000110010)=0AH， (00000110011)=08H，(00000110100)=12H， (00000110101)=08H， (00000110110)=63H， (00000110111)=F8H， (00000111000)=02H， (00000111001)=08H， (00000111010)=02H， (00000111011)=08H，(00000111

18、100)=02H， (00000111101)=08H，(00000111110)=03H， (00000111111)=F8H。 EPROM地址(A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0)接着从00000100000开始，则“者”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)：33“者”在EPROM内存中所有的地址汇总：地 址单元内容字符A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00000010000000H者0000010000180H0000010001000H0000010001190H0000011110002H0000011110108H000001111100

19、3H00000111111F8H34 列选线编码E00FH EFEFHEBAFHEBAFH ED6FH ED6FH EEEFH EEEFHED6FH DD77H DBB7H DBB7H D7D6H D7D6H BFFAHBFFDH149101112131516910111213141516123456781234567835 列选线编码1FF0H 1010 H1450 H1450 H 1290 H 1290 H 1110 H 1110 H1290 H 2288 H 2448 H 2448 H 2829 H 2829 H 4005 H4002 H1491011121315169101112131

20、415161234567812345678 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。36(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

21、)=11H， (00001001101)=10H， (00001001110)=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

22、)=40H， (00001011101)=05H，(00001011110)=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)：37“风”在EPROM内存中所有的地址汇总：地 址单元内容字符A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0000010000001FH风00001000001F0H0000100001010H0000100001110H0000101110040H0000101110105H0000101111040H0

23、000101111102H38 列选线编码F7EFH C003 HF7EFHBFFFH DE07 H EDFBH BDFBH DDFBHEDFBH FDFBH F5BBH EDE6H DDEEH 5EFDH BEFBHBF07 H149101112131516910111213141516123456781234567839 列选线编码0910 H 3FFCH0810 H4000 H 21F8H 1204 H 4204 H 2204 H1204 H 0204 H 0A44H 1219 H 2211 H A102H 4104 H40F8H14910111213151691011121314151

24、61234567812345678 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。40(00001100000)=09H， (00001100001)=10H，(00001100010)=3FH， (00001100011)=FCH，(00001100100)=08H， (00001100101)=10H，(00001100110)=40H， (00001100111)=00H， (00001101000)=21H， (00001101001)=F8H， (00001101010)=12H， (00001101011)=04H， (00001101100)=42

25、H， (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， (00001111010)=A1H， (00001111011)=02H，(00001111100)=41

26、H， (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)：41“范”在EPROM内存中所有的地址汇总：地 址单元内容字符A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00000110000009H范0000110000110H000011000103FH00001100011FCH0000111110041H0000111110104H0000111111040H00001

27、111111F8H42将“王者风范”在EPROM内存中所有的地址汇总：地 址单元内容字符A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A000000000000FFH王00000011111FFH0000010000000H者00000111111F8H000010000001FH风0000101111102H0000110000009H范00001111111F8H 可以算出2K的EPROM中，能存贮64个汉字。(2048/32=64)。4316位列选线当 D 触发器的 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

28、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 44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 16位列选线4516位列选线当 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

29、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 4616位列选线当 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 1 1 4716位列选线 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

30、”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 48 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。492、 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1

31、6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。50 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；510111111111111111101111111111111111011111111111111110111111111111111101111111111111111011111111111111110111111111111111101111111111111111111111100001111000011111011100111101

32、110001111111100111101111110111111101101111110101011011111010111111001001100001010110111111110111111111111111111111111111111111111111111111111101111152 行选线产生电路的结构及工作原理行选线1215161231516列选线+5V+5V译码显示驱动倒相53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

33、，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。54行选线1215161231516列选线+5V+5V 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。55行选线1215161231516列选线+5V+5V 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。56 在实用中若采用分立元件来完成反相驱动的功能则电路

34、太复杂，需要16个非门和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。57 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。5816位行选线59三、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)做地址计数器

35、向行选线提供的地址码A4A3A2A1低5位地址单元内容字符A4A3A2A1A000000FFH王11111FFH0000000H者11111F8H000001FH风1111102H0000009H范11111F8H6016位行选线61 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74LS74(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A4A3A2A1A0，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提供地址码低5位地址单元内容字符A4A3A2A1A000000FFH王11111FFH0000000H者111

36、11F8H000001FH风1111102H0000009H范11111F8H6216位列选线63 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。高6位地址单元内容字符A10A9A8A7A6A5000000FFH王000000FFH00000100H者000001F8H0000101FH风00001002H00001109H范000011F8H64 74LS74 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

37、 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6516位列选线66行选线、列选线及计数译码参考电路67 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。图5.6（b）68二、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;图5.6（b）69图5.6（b）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;703、作十六进制计数器用： CP1端与Q0端在外部相连， FF0、 FF1、FF2、FF3构成

38、一个模为16的计数器。所以74LS93又称为：二八十六进制计数器。图5.6（b）712、 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72 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。73输出的振荡频率 f 为：返回 74一、 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EEP