数字动态扫描显示电路设计.docx

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数字动态扫描显示电路设计

湘潭大学

课程设计说明书

题目：

数字动态扫描显示电路设计

课程名称：

电子技术综合设计

学院：

信息工程学院

专业：

自动化

学号：

姓名：

指导教师：

完成日期：

2017年3月

课程设计任务书

设计题目

数字动态扫描显示电路设计

设计时间

2017.3

学生姓名

学号

班级

设计任务及要求：

设计任务：

（1）设计一个动态扫描显示电路，能够使各数码管按照一定的顺序轮流发光显示。

（2）振荡电路输出方波频率200Hz。

（3）采用D触发器设计顺序脉冲发生器，要求输出状态为0000-0001-0010-0100-1000-0000。

（4）显示译码器输入数据分别为1、2、3、4。

（5）利用顺序秒冲发生器的输出脉冲控制显示译码器的消隐控制端。

选做扩展功能：

设计一个数据生成电路，能用脉冲发生器的输出信号控制数据产生成路产生不同数据，并送至显示器。

基本要求：

（1）拟定数字动态扫描显示电路的组成框图，并对不同设计方案进行性能对比及经济决策分析；

（2）设计各单元电路，并用Multisim软件仿真；

（3）在通用电路板上焊接电路；

（4）测试系统的逻辑功能；

（5）写出设计报告。

设计报告要求：

写出详细地设计过程、调试步骤、测试结果分析及心得体会。

数字动态扫描显示电路设计

摘要：

动态扫描显示技术已被广泛应用。

为深入理解其工作原理,设计采用了一个环形计数器来作为动态扫描输出信号,通过译码器电路完成数码管显示,文章说明了具体设计和实现方式以及意义。

该设计对数字电路综合性、设计性实验的开发是一次成功学习。

关键词：

动态扫描显示;环形计数器;74LS47译码器

1.设计背景

1.1设计目的

1.掌握动态显示技术的工作原理及其应用；

2.掌握环形计数器电路、数码管译码器电路的知识；

3.了解数字电路知识；

4.通过实验培养学生的市场素质，工艺素质，自主学习的能力，分析问题解决问题的能力以及团队精神。

1.2任务阐述

1.设计一个动态扫描显示电路，能够使各数码管按照一定的顺序轮流发光显示。

2.振荡电路输出方波频率≥200Hz。

3.采用D触发器设计顺序脉冲发生器，要求输出状态为0000-0001-0010-0100-1000-0000。

4.显示译码器输入数据分别为1、2、3、4。

5.利用顺序秒冲发生器的输出脉冲控制显示译码器的消隐控制端。

1.3任务分析

根据设计任务要求考虑使各位数码管按照一定顺序轮流发光，故选择采用4个CD4511数码管译码器驱动数码管工作。

为使得数码管依次点亮，选择使用D触发器和门电路构成环形计数器来完成顺序脉冲发生器。

而驱动顺序脉冲发生器时钟信号采用555芯片输出方波较为方便，且波形稳定。

1.4课题项目管理计划进度表

序号

各阶段完成的内容

完成时间

1

查阅相关文献资料、课题调研

2017.3.12

2

掌握设计软件、制订进度计划

2017.3.12-2017.3.13

3

系统方案的比较和选定，经济决策分析

2017.3.13-2017.3.14

4

单元电路设计、参数计算及元器件选择

2017.3.14-2017.3.16

5

系统仿真及性能分析

2017.3.16-2017.3.19

6

仿真结果检查

2017.3.19-2017.3.20

7

系统硬件制作及调试

2017.3.20-2017.3.24

8

硬件制作结果检查

2017.3.24-2017.3.26

9

撰写课程设计说明书

2017.3.26-2017.3.28

2.设计方案

2.1系统方案设计

1.使用专用芯片实现动态扫描显示

图2-1使用专用芯片实现动态扫描显示系统框图

设计原理：

MAX7219是美国MAXIM（美信）公司推出的多位LED显示驱动器芯片。

它内含硬件动态扫描显示控制,每个芯片可驱动8个LED数码管。

我们通过将数码管专用芯片的输出单元与数码管显示单元相连接，可以实现多位数码管的动态显示。

经济决策分析：

MAX7219价格昂贵且不易购买。

2.用顺序脉冲发生器实现动态扫描显示

图2-2用顺序脉冲发生器实现动态扫描显示系统框图

设计原理：

555芯片工作在非稳态模式时可产生方波作为整个电路的触发信号；设计了一个由74LS74组成的环形计数器来作为动态扫描输出信号,4个D触发器的时钟脉冲连接在一起,通过控制CLK时钟频率来调节环形计数器的计数速率,从而可以得到不同频率的动态扫描信号；采用数码管专用译码芯片CD4511控制数码管要显示的数字；采用BS201共阴极数码管组成显示单元。

经济决策分析：

芯片价格合理，稳定性高，市场占有率大。

2.2单元电路设计

本电路由四部分组成：

1.555方波输出单元。

振荡频率

占空比

器材选择：

R1=1kΩ，R2=37KΩ，C=0.1uf

2.顺序脉冲触发单元

状态方程：

图2-3逻辑图

器件选择：

74LS7474LS2074LS04

图2-4波形图

3.数码管译码单元

CD4511真值表：

表2-1真值表

字符

A0

A1

A2

A3

1

1

0

0

0

2

0

1

0

0

3

1

1

0

0

4

0

0

1

0

器件选择：

CD4511

4.数码管显示单元

数码管显示电路采用共阴极接线。

器件选择：

BS201

2.3完整电路设计

图2-3完整电路图设计

工作原理说明：

1.555芯片工作在非稳态时可以输出一定频率和占空比的方波，将它的输出端接出作为电路的脉冲触发信号。

2.由两片74LS74芯片的4个D触发器和一定的与非门构成环形计数器，实现顺序脉冲触发，并将输出接至4个译码器的选通端。

输出占空比为555输出方波占空比的四分之一。

3.由4片CD11译码器与数码管直接相连，将对应的字符显示到相应数码管上。

由于各选通端的方波相位差依次为Π/2，且频率大于人眼可分辨的频率50Hz，所以可实现数码管的动态显示。

4.共阴极数码管的公共端接地，段选端置高即可点亮相应段位。

3.方案实施

3.1系统仿真及性能分析

系统仿真时可看到数码管动态显示数字1234，符合课题要求。

用示波器测试555定时器输出波形，可见稳定方波，频率大于200Hz；用示波器测试译码器选通端，可见稳定方波，频率大致为555输出方波频率的四分之一，且四个波形相位分别相差Π/2。

3.2硬件制作与调试

1.使用的主要仪器和仪表；

电烙铁，示波器，万用表，学生电源。

2.调试电路的方法和技巧；

用万用表检查VCC、GND是否有短路；用示波器检查555芯片的输出波形；用示波器检查译码器选通端波形。

焊接时分模块进行，每焊接完一个模块检查后再进行下一个，最后一个模块焊接完成后连接所有模块再次检查。

3.测试的数据和波形，并与理论计算结果进行分析比较；

555输出波形频率理论计算为192.4Hz，实际测试频率为173.5Hz；数码管闪烁频率理论计算为48.1Hz,实际测试频率为43.4Hz.

4.调试中出现的故障、原因及排除方法；

①上电前发现VCC、GND有短路现象，74LS74芯片的VCC均接到了GND，由万用表检查和观察发现。

②第一个数码管应显示“1”，但是未完全显示，因为有一个引脚未连接到译码器上，由排除、查引脚图和观察发现。

③“3”“4”显示顺序反了，译码器输入端接错了，由观察发现。

4.结果与结论

数字动态扫描显示电路,在数字显示领域中的应用越来越广泛,有简单的,也有复杂的;有用中规模集成电路实现的,也有用大规模集成电路实现的;有用纯硬件电路直接实现的,也有软硬件结合实现的。

本方案是间接控制法,即把位选通信号加至译码驱动器的消隐控制端,间接地控制LED的亮灭。

对静态显示的改进虽然能降低显示功耗,但不能简化电路,它仅适用于由通用数字集成电路构成的仪器。

本次实验对设计和应用同类电路有良好的借鉴作用和参考价值。

4.1设计结果

在误差允许范围内实现了数码管的动态显示。

4.2设计结论

通过输入电压和调节555定时器的输出频率，验证了数码管显示的频率值。

5.收获与致谢

通过这周的实训，我学习到了很多从前没有接触过的知识。

使我们把知识和动手实践有效的结合起来。

让我们也深深的体会到了动手和理论是密不可分的。

在实训中，我们认识了很多电动设备，了解了它们的性能，使用方法及作用。

它们为我们的生活带来了很多的便捷。

但这次实训也并不是一帆风顺。

周一检查仿真时指导老师指出我的数码管显示频率不够，原来是NE555电阻值的问题，回去后再次计算并修改了。

在做实物时也遇到了一些问题，通过自己的检查和跟同学们的讨论，最终元蛮王成了这次实训。

通过实训，同学们的友谊也增进了不少，很多不太会做的实验在同学们的帮助下完成了。

我们通过相互学习，相互沟通，一起研究，让很多的实验都做得相当的成功，心中的成就感与自豪感油然而生。

还有我们兢兢业业的老师，他们和我们一起忙活，看着围在他身边的那一圈圈的人，他也总会耐心的为我们讲解，直到我们听懂为止。

所以要特别感谢我们的老师！

老师，您辛苦了！

6.参考文献

[1]阎石.数字电子技术基础（第六版）[M].北京:

高等教育出版社,2016:

375-382.

[2]卢庆林.数字动态扫描显示电路设计[J].组合机床与自动化加工技术.2007,2

（2）:

56-60.

[3]余江.动态扫描显示电路实验的设计与实习[J].实验科学与技术,2008,1（6）:

85-86.

[4]卢庆林.数字电子技术基础实验与综合训练[M].北京:

高等教育出版社,2004.23-24

[5]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].北京:

电子工业出版社,2005.15-16

7.附件

附件列表：

1）问题回答记录

2）元器件清单

3）设计图纸（仿真图）

4）实物制作图

5）实物上电效果图

6）波形图

附件1：

问题回答记录表

学号：

2015500132姓名：

李文晴专业、班级：

15自动化4班

老师所提问题：

1、仿真检查

如何实现顺序脉冲触发的？

2、硬件检查

四个译码器的选通端的波形有什么特点？

学生回答问题：

1、设计一个了环形计数器来作为动态扫描输出信号,由4个D触发器构成,最后一个D触发器的Q端与第一个D触发器的D端连接在一起,从而构成一个左循环计数器,4个D触发器的时钟脉冲连接在一起,通过控制CLK时钟频率来调节环形计数器的计数速率,从而可以得到不同频率的动态扫描信号。

2、频率是555输出频率的1/4，各波形在相位上依次滞后90度。

附件2：

元器件清单

序号

器件名称

型号

数量

1

555定时器

NE555D

1

2

上升沿双D触发器

74LS74

2

3

四输入与非门

74LS20

1

4

反相器

74LS04

1

5

共阴极数码管

BS201

4

6

3-8译码器

CD4511

4

7

电容

0.1uf

1

8

电容

0.01uf

1

9

电阻

27K

1

10

电阻

10K

1

11

电阻

1K

1

附件三：

设计图纸

附图3-1

附图3-2

附图3-3

附件四：

实物制作图

附图4-1

附图4-2

附件五：

上电效果图

附图5-1

附件六：

波形图

附图6-1

附图6-2

设计成绩评定：

序号

考核内容

评定权重系数

评分

1

设计方案是否正确，是否有创新之处

0.2

2

仿真结果是否正确

0.2

3

硬件制作是否规范

0.1

4

硬件运行结果是否正确

0.2

5

口头表述是否清楚

0.1

6

设计报告是否规范、组织表述是否准确、清晰

0.2

加权总分

百分制成绩与等级制成绩对应关系如下：

90分（含）以上——优秀；80（含）-90之间——良好；70（含）-80之间——中等；60（含）-70之间——及格；60分以下——不及格。

总成绩：

指导教师：

年月日