动态数码显示器.docx

动态数码显示器.docx

《动态数码显示器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《动态数码显示器.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

动态数码显示器

一.简要说明

该电路之用一片7段译码驱动芯片74LS47驱动两个数码管，通过轮流显示的动态显示方法，将K1，K2所设定的BCD数值显示出来。

二.电路原理图

三.工作原理分析

1.元器件介绍

本电路主要用到的元器件有：

74ls157四组二选一数据选择器一个，74ls47七段译码器一个，74ls74双d触发器一个，共阳极数码显示器两个，四位开关组两个，4.7kΩ电阻八个，200Ω电阻七个，1kΩ电阻两个，NPN型三极管两个，导线若干。

（1）74ls157四组二选一数据选择器：

A1~A4、B1~B4为两组数据的输入端，Y1~Y4为数据的输出端，数据选择端S为两组共用，供四组从各自两组数据中选取一个所需数字，只有在四组共用的选通端G为低电平时才可以选择数据。

管脚图如下：

引脚说明：

1SELECT数据选择端，当S端电位与G端相同时，选择A组数据，相反时选择B组数据。

2、5、11、14为A组数据输入端。

3、6、10、13为B组数据输入端。

4、7、9、12为数据输出端。

8GND为接地端。

15STROBE接入低电平，可接地。

16VCC电源端，接入5V稳压电源。

逻辑图如下：

（2）74ls47七段译码器：

译码为编码的逆过程。

它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。

实现译码的逻辑电路成为译码器。

译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。

74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器,它在这里与数码管配合使用。

ABCD管脚为上一级的数据输入，BI（—）为灭灯输入，LT（——）为试灯输入，RBI（——-）为灭零输入，RBO（———）为灭零输出，a~g为数据输出端，输出七个高低电平控制数码管亮灭。

管脚图：

引脚说明：

1、2、6、7为数据输入管脚，输入高或低电平。

3LT（——）：

试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。

当LT（——）=0时，无论输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。

4BI（—）：

灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。

BI（—）=0时。

不论LT（——）和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极数码管熄灭。

5RBI（——-）：

灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。

当对每一位A3=A2=A1=A0=0时，本应显示0，但是在RBI（——-）=0作用下，使译码器输出全为高电平。

其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。

8GND低电平，接地端。

9~15数据输出端，输出芯片所编译的数据，低电平时，对应编号的数码管显示灯亮。

16VCC电源端，接入5V稳压电源。

逻辑图如下：

（3）共阳极七段数码显示器：

显示器由七段数码管组合而成，通过上一级的芯片控制，a~g为数码管编号，当输入电平为低电平时，数码管正常显示，高电平时无反应，即当七段数码管接受的全是低电平时，显示器显示为8。

LED显示电路：

74ls47数据输出端接入200Ω限流电阻，并与数码显示器对应管脚相连。

此电路需要的数码显示器为供阳极，所以GND端接入电压，当输出为低电平时，数码管导通，数码显示器对应数码管为亮，高电平时则为灭。

通过不同的亮灭组合，可以显示上级芯片输入的数据0~8。

例如：

当b、c端均为低电平时，数码显示器显示为数字1。

当a、f、g、c、d端均为低电平时，数码显示器显示数字为5。

下面列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系：

LT（——）RBI（——-）A3A2A1A0BI（—）/RBO（———）

a（—）b（—）c（—）d（—）e（—）f（—）g（—）

110000100000010

1X0001110011111

1X0010100100102

1X0011100001103

1X0100110011004

1X0101101001005

1X0110111000006

1X0111100011117

1X1000100000008

1X1001100011009

XXXXXX01111111熄灭

10000001111111熄灭

0XXXXX100000008

管脚图如下：

1、2、4、6、7、9、10为信号输入端，低电平时，对应数码管为亮。

74ls47与LED的连接关系图：

（4）74ls74双d触发器：

74ls74为内含两个独立的D上升沿双d触发器，每个触发器均含有数据输入、置位输入、复位输入、时钟输入和数据输出。

D为数据输入端，Q、Q（-）为数据输出端，CLR为直接复位端

（低电平时有效），PR为直接置位端（低电平时有效），CLK为时钟输入端，输入时钟脉冲。

次芯片共有两组独立的D上升沿双d触发器，所以在此只介绍其中一组。

CLR、PR的低电平时输出清零或预置，与其他管脚电平高低无关。

当CLR、PR均无效时（即为高电平时），符合建立时要求的D数据在CLK上升沿的作用下传送到输出端。

基本特性：

供电电压：

4.75V--5.25V

输出高电平电流：

-0.4mA

输出低电平电流：

8mA

最高时钟频率20MHZ

功能表如下：

管脚图如下：

管脚功能介绍：

1、13CLR为直接复位端，清除数据。

低电平时生效，与其他管脚的电平无关。

4、10PR直接置位端，低电平时生效，与其他管教电平无关。

3、11CLK时钟脉冲输入端，输入一定频率的时钟脉冲。

2、12D数据输入端。

5、9Q数据输出端。

6、8Q（-）数据输出端，与Q电平相反。

7GND接地端。

14VCC电源接入端，可接入5V稳定电压。

逻辑图如下：

2、单元电路原理分析：

该电路由数据生成，数据解码，数据显示，显示选择等单元电路组成。

数据生成部分：

该部分电路主要由两个四位开关组，八个4.7kΩ电阻，一个74ls157芯片，一个5V电压组成。

电阻为保护电阻，起到限流作用，开关组一端接地，当开关导通时，电源端至接地为通路，开关断开时，电压通过电阻加到芯片上，芯片接收到高电平。

通过开关的不同组合，可演变为一个简单的四位二进制BCD码，芯片74ls157的作用是四组二选一数据选择器，可以选择四组不同的二进制编码，通过芯片整合后，输出到下一级电路中。

通过74ls157的特点可知，当输入的电平与G相同时（即同为低电平时），芯片课可以选择该数据，完成数据生成功能。

数据解码与显示部分：

通过上一级74ls157的数据选择，芯片74ls47得到一组四位二进制编码，74ls47的作用是将四位二进制数据通过翻译编制成七个不同的高低电平，数码管则可以根据接收到的电平显示不同的数字0~8。

显示选择部分：

该部分为芯片部分，芯片74ls74为触发器，CLK端接收到稳定的时钟脉冲，产生高低电平。

数据输入端接收到的数据为Q（-）端输出的数据，Q端连接至芯片74ls157，当为低电平时，74ls157选择数据。

该部分为三极管部分，5V稳定电压加到三极管上,BCP52为PNP型三极管，当基极为低电平时，三极管导通，因数码管为共阳极数码管，只有电平为低电平时，数码管才可以点亮，所以，当三极管截止时，高电平不会导入数码管，数码管才可以正常使用。

因两个数码管分别接入芯片74ls74的Q和Q（-），此两个数据输出端电平高低相反，所以在同一时间只可能有一个数码管是点亮的，这样就做到的电路要求的轮流显示两个开关锁设置的不同二进制BCD码。

整体电路分析：

题目要求是通过一个译码器将开关设置的BCD码显示出来，两个四位开关组通过开启与关闭控制电位的高低，相当于高电平为0，低电平为1，不同开关状态决定了不同的电位高低，这样两组开关相当于两个四位二进制码。

芯片74ls157为数据选择器，通过芯片74ls74的控制，只有电位低的数据才能通过该芯片，这样两组数据只有一组才能进入下一级电路。

输出的四位二进制码进入芯片74ls47，该芯片的作用是将BCD码翻译成七段，再通过数码管将其显示出来。

轮流显示的操作主要是芯片74ls74和两个三极管完成的，这里三极管的作用是开关，电流截止，数码管亮，相反则灭。

而芯片74ls74的输出端Q和Q（-）的电平为一高一低，所以做到了轮流显示。

芯片74ls74为上升沿触发器，接入稳定时钟脉冲后，当电位上升时，输出端电位改变，而输出端Q（-）又作为数据的输入端，所以Q（-）与D的电位是相同的。

输出端Q通过高低电平的变化控制芯片74ls157的数据选择，同时两个输出端的高低电位变化又决定了数码管的显示选择。

即当芯片74ls74的Q端输出为低电平时，芯片74ls157选择一组二进制码，通过芯片74ls47编译成七段，输入两个数码管内，Q连接左侧数码管，此时Q为低电平左侧三极管导通，数码管为灭，同时Q（-）为高电平右侧数码管截止，右侧数码管显示数字。

通过时钟脉冲高低电平的改变，Q与Q（-）的电位不断轮流变化，数码管的显示也轮流变化，从而达到题目要求。

四．电路的EDA仿真和结果

截图如下：

仿真过程出现的问题：

当频率低于一个定值时，数码管会出现一定的显示残留，即显示过数据之后可能会残留某个数码管仍然显示。

五．元器件选择

六．电路制作与实验测试

首先详细分析电路图，进行电路的仿真测试、元器件的分析和购买等环节；然后进行元器件以及线路的布局，再焊导线；最后进行电路板的调试与改进。

在布局时，整体的思路是保证芯片布局合理均匀、保证美观；线路疏密有致，走向保持均匀美观。

尽量使相连管脚距离最近；尽量走直线；性质与作用相同的线走线方式也尽量相同；单元电路结构要清晰；要安排好线路的疏密，是整体线路均匀协调；尽量对称整齐布置；所有芯片的方向尽量一致。

电路调试时要先对每一个芯片的各个管脚进行检查，需要相连的管脚是否通过导线连接完好，保证线路中无断线、虚焊、漏焊等问题出现。

然后检查各个单元电路的接线是否有问题，有无短路等问题，不能连接在一起的管脚一定要保证他们断开，否则短路可能导致芯片烧毁、甚至造成安全伤害。

最后根据单元电路分块调试，这也是最重要的环节，采集各部分输出的电压信号或是波形图，与仿真结果进行对比，保证每一部分的元件都按条件正常工作，并确定问题所在的具体位置，再仔细调试及修改。

每一部分都调试完毕后，对整体进行效果测试，调整电位器W2，使测量结果的精度尽量接近实际值。

七．电路的改进意见

该电路用的开关组是两个四位开关组，实际上可以用一个八位开关组替代，这样在实际操作中会方便一些。

八．思考题

当时钟信号的频率低于多少事显示的字符会产生闪耀现象？

为什么？

答：

无法理解闪耀现象的标准，只知道频率过低时显示器会产生残留，不太清楚原因…

九．课程设计的心得和体会

此次电工课设是一次难得的让我们自己动手实际操作的机会，以前学习的课本知识大都知识理论上的，在我们大脑中知识一个印象上的存在，没有让我们实际操作的话很难记住所学知识。

而这次课程设计正是一个难得的将理论用于实际的机会，实践才能出真知，只学习课本知识而不亲自动手时间的话，很难理解知识，只能是建立不稳固的空中楼阁，自己动手才能真正知道我们学习的知识有什么用，怎么用，为什么用，这是很珍贵的。

通过自己焊接电路板，我熟悉了大量有关焊接电路的知识，还了解到了焊接的技巧和注意事项，这对我们以后的工作都是很有用的。

而且在生活中遇到家用电器故障等小问题，我们也是可以自己解决的，这对我们的自信心也是一种提升。

还有很重要的一点心得体会就是，在接到老实不知的任务之后，一定要合理安排学习时间，因为此次试验不仅是焊接电路板那么简单，其中还牵扯到购买元器件，元器件的调试与更换等许多方面，如果时间安排不好的话，后期工作将会很难进行。

最后，感谢老实和同学在此次课程设计的过程中对我的指导与帮助。

十．参考文献

施良驹《集成电路应用集锦》电子工业出版社，1988，6

何希才，白广存《最新集成电路应用300例》科学技术文献出版社，1995

张长清，郑寿安《CMOS集成电路应用800例》福建科学技术出版社，1997

余孟尝《数字电子技术基础简明教程》高等教育出版社，1999