四外连体式数码管控制电路设计概要Word文档格式.docx
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程耀瑜，李文强
系主任：
程耀瑜
课程设计任务书
1．设计目的：
本课程设计主要针对模拟电子技术和数字电子技术课程要求，培养学生在查阅资料的基础上，进行实用电路设计、计算、仿真、调试等多个环节的综合能力，同时培养学生用课程中所学的理论独立地解决实际问题的能力。
另外还培养学生用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
（1）掌握四位连体式数码管的引脚，功能和工作原理；
（2）掌握四位连体式数码管控制电路的设计、仿真与调试；
（3）掌握方案设计与论证；
（4）掌握用相关软件进行电路图设计、仿真，以及对仿真结果的分析、总结；
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：
（1）提供核心器件的工作原理与应用介绍；
（2）提供用Protel99设计的电路原理图，也可给出印刷板电路图；
（3）提供用Multisim、MaxPluss、Proteus等其他软件对电路的仿真结果与分析；
（4）提供符合规定要求的课程设计说明书；
（5）提供参考文献不少于三篇，且必须是相关的参考文献；
4．主要参考文献：
（1）阎石.数字电子技术基础.北京：
高等教育出版社，1998；
（2）王远.模拟电子技术.北京：
机械工业出版社，2001；
（3）陈汝全.电子技术常用器件应用手册.北京：
机械工业出版社，2003；
（4）毕满清.电子技术实验与课程设计.北京：
机械工业出版社，2006；
5．设计成果形式及要求：
（1）电路原理图，仿真结果；
（2）课程设计说明书；
6．工作计划及进度：
2010年12月26日～12月28日：
分析课程设计任务书，查找资料，初步确定方案；
12月29日～12月30日：
论证、确定方案；
12月31日～2011年1月4日：
电路设计、计算、仿真，并完善设计与方案；
2011年1月5日～1月6日：
整理资料，书写课程设计说明书；
1月7日：
答辩，提交课程设计说明书。
系主任审查意见：
签字：
年月日
目录
1概述……………………………………………………………………………….p1
2系统总体设计…………………………………………………………………….p2
3系统模块图……………………………………………………………………….p2
4系统功能介绍…………………………………………………………………….p2
5电路总体设计…………………………………………………………………….p2
6芯片选择………………………………………………………………………….p3
6.174161十六进制译码器…………………………………………………….p3
6.274487段译码器…………………………………………………………….p4
6.3138三八译码器…………………………………………………………….p5
6.4四位连体式数码管………………………………………………………….p6
7输入端模块选择………………………………………………………………….p7
8数码管显示模块………………………………………………………………….p8
8.1数码管选择控制电路……………………………………………………….p8
8.2数码管显示电路控制电路………………………………………………….p8
9仿真结果……………………………………………………………………….p9
10protel软件中电路设计图…………………………………………………….p10
11课程设计感想……………………………………………………………….p11
12参考文献…………………………………………………………………….p12
1．概述
数码管是一类显示屏，通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。
由于它的价格便宜、使用简单，在电器特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。
绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。
数码管是现在应用较为广泛的的集成芯片。
我们日常生活中常见的有时钟显示板，煤气计费表等。
对于现在我们所能应用的有自制秒表，自制温度显示器等，尤其在一些需要显示的电路是集中应用极为广泛。
此次课程设计我们就四位连体式数码管的控制电路进行研究，目的是达到对所学课程如模拟电子技术，数字电子技术以及高频电子等知识的巩固和加深。
同时也在尽可能地培养自己的思考能力，创造能力，当然最重要的是解决所遇到的困难的能力。
2．系统总体设计
对于本电路的设计，我们采用对四位连体数码管的驱动控制和数码管输入控制来实现，主要采用数字电子技术中的知识，选择合适的控制芯片。
目的是让数码管输出3、2、1、0字样。
当74161输出0000时7448输入0000，138三八译码器输出0选择最右边数码管并且输出0;
当74161输出0001时7448输入0001，138三八译码器输出1选择右二数码管并且输出1；
当74161输出0010时7448输入0010,138三八译码器输出2选择左二数码管并且输出2；
当74161输出0011时7448输入0011，138三八译码器输出3选择左一数码管并且输出3。
3．系统模块框图
4．系统功能介绍
通过74161十六进制译码器以及7448七段数码管和138三八译码器四位连体式数码管驱动控制电路来显示控制电路中的特定输入数据3、2、1、0。
5．电路总体设计：
6．主要芯片选择
一.74161十六进制译码器:
1、工作原理：
工作时，先由RD9481内的发射电路发射微波功率，通过接于1，2脚的天线向外发射微波，遇到移动物体被反射的微波信号由RD9481的1，2脚天线接收。
经微波接收电路、多普勒预处理放大器OP1放大，再由选通放大器OP2放大，送到由比较器组成的双向鉴幅器，鉴别出有效触发信号UB。
COP1为比较器，当UC<
0.3UDD时，COP1输出低电平，通常与门电路亦输出低电平，禁止UB向下级传送；
有移动物体时，UB变为高电平，与门电路亦为高电平，启动状态控制器，Uo输出高电平。
RD9481的8脚接低电平时，为不可重复触发工作方式，在延迟时间内任何移动的物体信号均不起作用，直到延迟结束。
延迟结束时，Uo变为低电平，同时启动封锁定时器，在封锁定时时间内，任何移动信号均不能使Uo变为高电平，从而提高了模块的工作可靠性。
8脚接高电平时，为可重复触发工作方式，移动的物体信号UB可重复触发，使Uo变为高电平，并在延迟时间内一直保持。
2、特点：
161的清除端是异步的。
当清除端CLEAR为低电平时，不管时钟
端CLOCK状态如何，即可完成清除功能。
161的预置是同步的。
当置入控制器LOAD为低电平时，在CLOCK上升沿作用下，输出端QA－QD与数据输入端A－D相一致。
对于54/74161，当CLOCK由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端ENP、ENT为高电平，则LOAD应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS161无此种限制。
161的计数是同步的，靠CLOCK同时加在四个触发器上而实现的。
当ENP、ENT均为高电平时，在CLOCK上升沿作用下QA－QD同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
对于54/74161，只有当CLOCk为高电平时，ENP、ENT才允许由高至低电平的跳变，而54/74LS161的ENP、ENT跳变与CLOCK无关。
161有超前进位功能。
当计数溢出时，进位输出端（RCO）输出一个高电平脉冲，其宽度为QA的高电平部分。
在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。
对于54/74LS161，在CLOCk出现前，即使ENP、ENT、CLEAR发生变化，电路的功能也不受影响。
管脚图：
真值表:
计数顺序
电路状态
等效十进制
进位输出
C
Q3Q2Q1Q0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
0000
二．7448七段译码器:
1、特点：
（1）七段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。
除DCBA=0000外，RBI也可以接低电平，见表1中1～16行。
（2）消隐功能（BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，七段显示器熄灭。
该功能主要用于多显示器的动态显示。
（3）灯测试功能（LT=0）此时BI/RBO端作为输出端，端输入低电平信号时，表1最后一行，与及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。
该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。
（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时BI/RBO端也作为输出端，LT端输入高电平信号，RBI端输入低电平信号，若此时DCBA=0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。
DCBA≠0，则对显示无影响。
该功能主要用于多个七段显示器同时显示时熄灭高位的零。
2、管脚图:
3、真值表:
输入
输出
数字
A3A2A1A0
YaYbYcYdYeYfYg
字形
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1111110
0110000
1101101
1111001
0110011
1011011
0011111
1110000
1111111
1110011
三．74138三八译码器:
74HC138作用原理于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统,在高性能存贮器系统中,用这种译码器可以提高译码系统的效率。
将快速赋能电路用于高速存贮器时,译码器的延迟时间和存贮器的赋能时间通常小于存贮器的典型存取时间,这就是说由肖特基钳位的系统译码器所引起的有效系统延迟可以忽略不计。
HC138按照三位二进制输入码和赋能输入条件,从8个输出端中译出一个低电平输出。
两个低电平有效的赋能输入端和一个高电平有效的赋能输入端减少了扩展所需要的外接门或倒相器,扩展成24线译码器不需外接门;
扩展成32线译码器,只需要接一个外接倒相器。
在解调器应用中,赋能输入端可用作数据输入端。
2、管脚图：
3、真值表：
输入
输出
S1S2S3
A2A1A0
Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7
0×
×
×
1×
1
100
×
×
000
001
010
011
101
110
111
11111111
01111111
10111111
11011111
11101111
11110111
11111011
11111101
11111110
4、四位连体式数码管：
（1）、特点：
数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"
a,b,c,d,e,f,g,dp"
的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。
在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。
（2）、管脚图：
四位连体式数码管内部原理图：
7．数据输入端模块控制
利用74161芯片控制数据的输入，起到对后面74138三八译码器以及7448七段译码器数据输入的控制。
思想是把74161连成4进制。
连线图如下图所示：
输出波形如下图所示：
Quartus2软件仿真结果：
8．数据显示模块控制
（1）、数码管选择控制：
通过将74161的输出传入到138三八译码器当中，由于74161连接成四进制，三八译码器的的输出分别为0、1、2、3。
同时控制数码管的选择，输出为0时最右边的数码管显示，输出为1时右二数码管显示以此类推之。
连接电路图如下所示：
输出波形如下所示：
（2）、数码管显示数据控制：
74161连接7448七段译码器。
74161的输出控制7448的输入，使之依次输出0、1、2、3。
同时使根据138三八译码器的输出数码管选择的数码管显示此时7448输出的数据。
电路连接图如下所示：
9．仿真结果
如下图所示：
（1）
（2）
（3）
（4）
10.Protel软件四位连体式数码管电路设计：
11.课程设计感想:
这次课程设计，我们感悟最深的是，结果不是最重要的，重要的是在过程的获得。
开始时，我们对于四位连体式数码管的认识明显感觉到十分欠缺。
四位连体式数码管的工作原理，用法及其功能都不甚了解。
了解的仅限于对课本上数码管的认知。
课程设计过程中的困难之多远出于我们的预想，首先软件的使用对我们来说就是阻碍。
我们现在所熟悉的软件是这学期使用的Quartus2，对于课程设计所使用的protel99SE以及multism10.0软件只限于了解的层次，而真正的使用还需要自己去看相关的教程去学习使用方法。
在课程设计的过程中我们也发现了数码管的应用广泛性，以及了解数码管的相关知识对于以后我们的学习的重大帮助。
同时结果不是最重要的，我们现在所用四位连体数码管的控制方法是我们多次在想到的方法中筛选的结果，是我们组成员公认的最佳方案。
既能达到目的又能把我们所学的知识运用上去，可以说是所学知识的融会贯通。
也通过这次课程设计让我有一次体会了集体的力量，虽然时间紧迫当通过我们的团结互助使困难一个一个的被破解，也使工作效率有了保障。
12.参考文献:
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