基于EasyARM2103的DIY方案 LED数码管, 发光二极管, 绝缘材料, 电信号, 硬件

yuyang911220

1.1 LED数码管简介
发光二极管LED是能将电信号转换成光信号的发光器件，7段LED数码管则是在一定形状的绝缘材料上，利用单只LED组合排列成的“8”字型，分别引出它们的电极，点亮相应的笔段来显示出0-9的数字。
1.1.1 LED数码管的结构与特性
LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解这些特性，对编程是很重要的，不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。共阴和共阳极数码管的外形及内部电路如图1.1所示，它们的发光原理是一样的，只是电源极性不同。

图1.1 数码管外形和内部电路

将多只LED的阴极连在一起即为共阴式，而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。以共阴式为例，若把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。

LED数码管的主要特点如下：
l）能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、TTL电路兼容；
2）发光响应时间极短(<0.1μs)，高频特性好，单色性好，亮度高；
3）体积小，重量轻，抗冲击性能好；
4）寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时，成本低。
LED数码管被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件。

1.1.2 LED数码管原理说明
LED数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管用电电流只有1～2 mA，最大极限电流也只有10～30 mA，所以它的输入端在5 V电源或高于TTL高电平(3.5 V)的电路信号相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件。

1.2 74HC595简介
74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在SHCP的上升沿输入，在STCP的上升沿进入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（DS），和一个串行输出（Q7’），和一个异步的低电平复位（MR），存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。

图1.2 74HC595引脚图

74HC595引脚排布如图1.2所示，引脚功能见表1.1。

表1.1 74HC595引脚功能

1.3 设计原理
本设计采用LPC2103自带的硬件SPI接口与74HC595进行数据传输。74HC595将LPC2103发送过来的8位串行数据转换成8位并行数据，用以驱动数码管。本设计中采用共阳数码管。原理图如图1.3所示。

图1.3 原理图
1.4 电路制作流程
1.4.1 元器件选择
1.4.2 布局
分析原理图，需要仔细考虑元器件的布局与走线，合理的布局会减少走线的难度。本设计为了方便走线，数码管和74HC595采用自由连接方式（如图1.4所示），而没有采用顺序连接方式（如图1.5所示）。这大大降低了走线难度。但一定程度上会增加软件设计的工作量，后文将对此进行说明。

图1.4 自由连接

图1.5 顺序连接

1.4.3 焊接
在合理布局的基础，焊接相对容易很多。本设计中数码管和74HC595采用自由连接的方式，避免了交叉线焊接的麻烦，这样在整个板子焊接完成后没有用到跳线或者飞线。万能板焊接时可采用“拖锡”的方式，可使得整体效果美观，同时也保证了硬件连接的可靠性，如图1.6所示。


板子焊接完成后，实物如图1.7所示。

图1.7 完成效果
HC595电路与EasyARM2103开发板连接，实物如图1.8所示。

图1.8 整体效果图
上述布局和焊接的思想可合理的应用在单面电路板的设计中。