项目1
红绿双色LED点阵模块驱动电路系统设计
设计任务
设计一个简单的红绿双色LED点阵模块驱动电路，控制红绿双色LED点阵模块来循环显示相同的图形。
基本要求
将单片机I/O接口与74HC595芯片结合来驱动红绿双色LED点阵模块，循环显示相同的图形。
☺ 使用5V供电电压。
☺ 单片机I/O接口与74HC595芯片共同实现数据锁存与发送数据的功能。
总体思路
首先为单片机设计一个最小系统，并设计一个串口（串行接口的简称）下载模块，能从单片机下载程序。由于给单片机供电需要的是5V电源，所以设计一个5V供电电路。给74HC595芯片供电也采用5V电源。由单片机和3个74HC595芯片共同构成红绿双色LED点阵模块驱动电路，驱动红绿双色LED点阵模块循环显示相同的图形。
系统组成
整个红绿双色LED点阵模块驱动电路系统主要分为以下4个模块。
☺ 电源模块。
☺ 串口下载模块：将在计算机上编写好的程序下载到单片机中。
☺ 单片机模块。
☺ 74HC595芯片控制红绿双色LED点阵模块。
红绿双色LED点阵模块驱动电路系统框图如图1-1所示。
图1-1 红绿双色LED点阵模块驱动电路系统框图
电路原理图（见图1-2）
图1-2 电路原理图
注：在图1-2中，“uF”为软件生成，即为“μF”；单位“Ω”均被省略，全书下同。
模块详解
1. 电源模块
由于要给整个系统供电，所以必须设计一个直流稳压电源。这里为了设计方便，直接通过一个两引脚排针，外接5V电源对整个系统进行供电，并通过LED指示电源是否供电正常，如图1-3所示。
在图1-3中，J2外接5V电源和地，B2是开关，D1是LED。当外接5V电源后，闭合开关B2，如果D1亮了，就说明外接5V电源供电正常。
2. 串口下载模块
要把在计算机上编写好的程序下载到PCB上的单片机内，就必须设计串口下载模块。串口下载模块如图1-4所示。
图1-3 电源模块
图1-4 串口下载模块
在图1-4中，串口采用的是D9串口母座，与MAX232芯片共同构成串口下载模块。其中，MAX232芯片的12引脚和11引脚接AT89C52单片机的P3.0引脚和P3.1引脚，以便把程序下载到AT89C52单片机内。
AT89C52单片机的引脚电平与RS-232标准的不一样，必须对AT89C52单片机的引脚电平进行电平转换后才能使AT89C52单片机与计算机进行通信。本设计采用MAX232芯片进行这个电平转换。
MAX232芯片是具有RS-232标准串口的单电源电平转换芯片，使用正5V单电源供电。MAX232芯片的主要特点如下。
☺ 符合RS-232标准。
☺ 只需正5V单电源供电。
☺ 片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生正、负10V电压。
☺ 功耗低，典型供电电流为5mA。
☺ 内部集成两个RS-232C驱动器。
☺ 高集成度，片外只需4个电容即可工作。
☺ 内部集成2个RS-232C接收器。
3. 单片机模块
单片机模块采用AT89C52单片机，如图1-5所示。
图1-5 单片机模块
在图1-5中，电容C7、电阻R1及开关B1构成复位电路；X1、C5、C6构成时钟电路；AT89C52单片机的P1.0~P1.2引脚与P2.0~P2.2引脚分别控制3个74HC595芯片的锁存、时钟与发送数据信号，从而控制红绿双色LED点阵模块的显示。
4. 74HC595芯片控制的红绿双色LED点阵模块
74HC595芯片控制的红绿双色LED点阵模块由3个74HC595芯片和一个24线8×8红绿双色LED点阵模块共同构成，如图1-6所示。
在图1-6中，3个74HC595芯片，分别为U1、U2、U3。红绿双色LED点阵模块内部结构示意图如图1-7所示，①~④、
~
是公共端，⑤~
是颜色控制端。在U1、U2、U3中，U3控制红绿双色LED点阵模块的公共端，U1、U2分别控制红绿双色LED点阵模块的颜色控制端。由于元件库里没有24线8×8红绿双色点阵模块，所以在仿真时用红色和绿色两种单色LED点阵模块代替。74HC595芯片控制的红绿双色LED点阵模块仿真如图1-8所示。
74HC595芯片的作用是将串行输入的数据信号转换为并行输出的数据信号，可以多级级联。其中，14引脚为串行数据输入端，11引脚为串行时钟输入端，12引脚为锁存端。
图1-6 74HC595芯片控制红绿双色LED点阵模块
图1-7 红绿双色LED点阵模块内部结构示意图
注：
代表绿色发光二极管；
代表红色发光二极管。
将数据写入74HC595芯片的工作过程：由11引脚输入时钟信号，为输入数据信号提供时间基准；跟随时钟信号由14引脚输入数据信号；控制12引脚，使串行输入的数据信号锁存到输入端并保持不变。74HC595芯片和AT89C52单片机的连接方式：AT89C52单片机的P1.0引脚连接U2和U1的12引脚，P1.1引脚连接U2和U1的11引脚，P1.2引脚连接U2的14引脚，U1的14引脚连接U2的9引脚；P2.0引脚连接U3的14引脚，P2.1引脚连接U3的11引脚，P2.2引脚连接U3的12引脚。
将程序下载到AT89C52单片机内，进行仿真，如图1-9和1-10所示。
在仿真时，可以看到红灯和绿灯循环亮。
图1-8 74HC595芯片控制的红绿双色LED点阵模块仿真
图1-9 红灯亮仿真
图1-10 绿灯亮仿真
软件设计
根据系统设计要求，首先画出程序流程图，如图1-11所示。
图1-11 程序流程图
按照程序流程图，编写程序如下：
调试与仿真
将程序下载到AT89C52单片机内，对红绿双色LED点阵模块驱动电路系统进行仿真，如图1-12所示。从仿真的结果来看，该系统满足设计要求。
图1-12 红绿双色LED点阵模块驱动电路系统仿真
电路板布线图（见图1-13）
图1-13 电路板布线图
实物照片（见图1-14）
图1-14 实物照片
思考与练习
（1）74HC595芯片的作用是什么？简述将数据写入74HC595芯片的工作过程。
答：74HC595芯片的作用是将串行输入的数据信号转换为并行输出的数据信号。
将数据写入74HC595芯片的工作过程：由11引脚输入时钟信号，为输入数据信号提供时间基准；跟随时钟信号由14引脚输入数据信号；控制12引脚，使串行输入的数据信号锁存到输入端并保持不变。
（2）MAX232芯片的作用是什么？
答：MAX232芯片的作用是将计算机输出的RS-232电平信号转换成AT89C52单片机能接收的TTL电平信号。
（3）红绿双色LED点阵的构成及发光原理是什么？
答：红绿双色LED点阵模块由64个两种颜色的LED排列组成，且每个LED放置在行线和列线的交叉点上，列线接LED的负极，行线接LED的正极。当对应的某一行线为高电平、某一列线为低电平时，相应的LED亮。
特别提醒
（1）在电路板焊接过程中，首先要检查PCB有无短路。
（2）在外接电源时，千万不要把电源正、负极接反。