数字动态扫描显示电路课程设计.docx

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数字动态扫描显示电路课程设计

安康学院

电子技术课程设计报告书

课题名称：

数字动态扫描显示电路

姓名：

张朋

学号：

2009222323

院系：

电子与信息工程系

专业：

电子信息工程

指导教师：

张兴辉王庆春

时间：

2011—6—23

一、设计任务及要求：

1、设计任务：

设计一个数字动态扫描显示电路，能够使每个数码管按照一定的顺序轮流发光显示。

2、要求：

1．分析设计要求，明确性能指标。

必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。

2．确定合理的总体方案。

对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，确定可行方案。

3．设计各单元电路。

总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。

4．组成系统。

在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

指导教师签名：

年月日

二、指导教师评语：

指导教师签名：

年月日

三、成绩评定：

指导教师签名：

年月日

四、系部意见：

系部盖章：

年月日

设计项目成绩评定表

设计报告书目录

一、设计目的1

二、设计思路1

三、设计过程1

3.1、系统方案论证1

3.2、模块电路设计2

四、系统调试与结果8

五、主要元器件与设备10

六、课程设计体会与建议10

6.1、设计体会10

6.2、设计建议11

七、参考文献11

一、设计目的

1、熟悉集成电路的引脚安排。

2、掌握芯片的逻辑功能及使用方法。

3、了解面包板结构及其接线方法。

4、了解数字动态扫描显示电路的组成及工作原理。

5、熟悉数字动态扫描显示电路的设计与制作。

二、设计思路

1、设计振荡电路。

2、设计节拍发生器电路。

3、设计译码器电路。

4、设计整机电路。

三、设计过程

3.1、系统方案论证

数字动态扫描显示电路原理框图如图1所示。

振荡电路

节拍发生器

译码器

数码管

图1数字动态扫描显示电路原理框图

其工作原理为：

数字动态扫描显示电路是由固定频率的信号作为节拍发生器的时钟，由它控制节拍发生器各引脚的输出，使各引脚不断地轮流输出高电平影响各位驱动数码管的译码器，只有在和译码器相连的引脚输出为高电平时，此译码器驱动的数码管发光，否则数码管不发光。

当各引脚输出高电平的频率达到一定程度时，感觉不到数码管的闪烁，从而保护了数码管并且不会影响数据显示。

3.2、模块电路设计

数字动态扫描显示电路如图2所示:

图2数字动态扫描显示电路

3.2.1、自激多谐振荡器

如图3所示，振荡器：

这里选用门电路构成的多谐振荡器是由4069构成的方波自激振荡器电路，Rt是振荡电阻，Rs是补充电阻，Ct是振荡电容。

图3自激多谐振荡器电路图

工作过程：

设非门的阈值电压是UTH。

设在时间t=0，Ui1=0，小于UTH，G1门关闭，Uo1为高电平VDD，G2门开通，Uo跃为低电平。

这时，Uo1的高电平经Rt会对电容Ct充电，随着充电过程的继续，A点电压按指数上升，同时Ui1也会随着指数上升。

当Ui1大于阈值电压UTH时，G1门开通，Uo1跃为低电平，Uo跃为高电平VDD，Ct开始放电，随后因为Uo1跃为高电平而又开始反向放电，这时Ui1又以指数规律下降，当小于阈值电压UTH时，Uo1又变为高电平VDD。

如此反复就可以输出矩形振荡波。

振荡频率为：

故上图振荡电路输出的频率约为250HZ。

3.2.2、节拍发生器

节拍发生器采用

图4是计数器74LS161和译码器74LS42连接

图4计数器74ls161和译码器74ls42连接

当时钟脉冲输入时，计数器开始计数，它的输出端轮流输出高电平，这样可控制与计数器相连的译码器输出，从而控制数码管动态显示数据。

1）74LS161计数器

74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，如图5所示

图574LS161的逻辑功能示意图

时钟CLK和四个数据输入端DCBA

清零CR使能CEP，CET数据输出端QD~QA

以及进位输出RCO.（RCO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET），功能如表1所示

输入

输出

CK

CK

LD

EP

ET

D3

D2

D1

D0

Q3

Q2

Q1

Q0

0

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

0

0

0

0

1

↑

0

Ф

Ф

d

c

b

a

d

c

b

a

1

↑

1

0

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Q3

Q2

Q1

Q0

1

↑

1

Ф

0

Ф

Ф

Ф

Ф

Q3

Q2

Q1

Q0

1

↑

1

1

1

Ф

Ф

Ф

Ф

状态码加1

表174LS161逻辑功能表

从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出QD、QA、QB、QC立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。

当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端QD、QB、QC、QA的状态分别与并行数据输入端D，C，B，A的状态一样，为同步置数功能。

而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1

2）74LS42译码器

如图6所示为4线—10线译码器CT74LS42的逻辑功能示意图

图64线—10线译码器电路图

图中A、B、C、D为输入端，Q1~~Q9为输出端，输出低电平有效，。

其功能表如表2所示，由该表可知，ABCD输入的是8421BCD码

表28421BCD码图表

3）、译码器显示电路。

如图7所示：

图7译码器显示电路

译码器使用的是74LS48，将Y0~Y3分别接到四个译码器的的消隐输入端，当哪一个引脚的输出为高电平时，该位译码器的消隐端为高电平，可以驱动数码管发光显示。

其他位因为消隐端为低电平，所有各输出为低电平，数码管不会发光显示。

1）LED显示器，如图8所示：

七段LED显示器也称数码管，是具有发光二极管组成的一个阵列，七段LDE共有八条引脚，其中abcdefg七条引脚为二极管显示引脚，最后一条引脚为数码管的驱动引脚。

图8LED显示器图

常用的LED显示器有共阳极和共阴极两种结构，共阳极就是第几脚引脚输入信号为高电平时，相应的二极管就发亮，如a=1,则a发光二极管发光，共阴极就恰恰相反，输入信号为低电平时，相应引脚踩发亮。

本实验采用的是共阴极（阴极真值表见表，如表3所示）。

数字

ABCDEFG

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0000001

1001111

0010010

0000110

1001100

0100100

0100000

0001111

0000000

0000100

表3阴极真值表见表

2）显示译码器74LS48

与二进制译码器不同的是，74LS48显示译码器是用来驱动显示器件的，以显示数字或字符的MSI部件。

显示译码器随显示器件的类型而异，与辉光数码管相配的是BCD十进制译码器，而常用的发光二极管（LED）数码管、液晶数码管、荧光数码管等是由7个或8个字段构成字形的，因而与之相配的有BCD七段或BCD八段显示译码器，其功能如图9所示

图974LS48逻辑功能示意图

BCD七段译码器的输入是一位BCD码（以D、C、B、A表示），输出是数码管各段的驱动信号（以Fa～Fg表示）也称4----7译码器。

若用它驱动共阴LED数码管，则输出应为高有效，即输出为高

（1）时，相应显示段发光。

例如，当输入DCBA=0100时，应显示4，即要求同时点亮b、c、f、g段，熄灭a、d、e段，故译码器的输出应为Fa～Fg=0110011，这也是一组代码，常称为段码。

同样，根据组成0～9这10个字形的要求可以列出8421BCD七段译码器的真值表，如表4所示：

E1

E2+E3

ABC

Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7

0

x

1

1

1

1

1

1

1

1

x

1

0

0

0

0

0

0

0

0

xxx

xxx

000

001

010

011

100

101

110

111

11111111

11111111

01111111

10111111

11011111

11101111

11110111

11111011

11111101

11111110

表4七段译码器的真值表

四、系统调试与结果

1、用示波器观察振荡电路产生的信号

用Multsim仿真软件观察结果如图10（a）.（b）所示

图10（a）振荡电路图

图10（b）Multsim仿真软件观察结果图

2、振荡电路产生的信号加入到节拍发生器的时钟输入端，用示波器观察各引脚的输出，如图11（a）.（b）所示：

图11（a）振荡电路图

图11（b）波器观察图

3、以上工作准备好以后，按照整机电路图所示，画出Multsim图，经检查，修改错误直到没有错误提示。

特别注意交叉电路不要打节点。

仿真图画完后，按下运行键，由拨码开关控制各位显示管显示数字，看LED数码管是否有显示，若其中开关闭合不亮，则返回检查电源线路连接和振荡频率的大小，若都能正确的显示，又分别按表六的真值表分别合上四组开关，看是否真确在相应的数码管显示真值表的数字，若数码管显示位置不正确，则选择线路错误，若显示数字不正确，则开关连接线路错误，需返回检查重新连接，若显示都正确，此数字动态扫描显示电路已经完成。

仿真图见附录1。

五、主要元器件与设备

软件Multsim

集成电路74LS42—1片，74LS48—4片，74LS161—1片，4069—2片

电阻180KΩ—1只，470KΩ—1只，7位排阻180Ω—4只。

电容10nF—1只。

LED显示管4个

拨码开关4只

六、课程设计体会与建议

6.1、设计体会

通过这次设计，让我进一步了解该如何设计一个数字电路，通过亲自动手选择器件，连接电路，让我对该如何设计一个数字电路的基本方法和基本步骤有进一步的了解和掌握，在设计过程中遇到了一些问题，经过自己反复思考和向别人请教，有效解决了设计中出现的问题。

此次电子设计的成功让我对书本知识更熟悉了，还锻炼了我独立思考的能力。

6.2、设计建议

经过这次设计我觉得团队是很重要的，之前做过实验之内的都是小组形式，小组形式可以上同学们互相帮助合作，共同完成任务，培养我们的团队精神。

个人完成虽然能锻炼我们独立完成任务的能力，但是个人收集材料什么的效率低。

为了让我们能更有效率的完成一件设计任务，我觉