数字动态扫描显示电路

一、概述随着电子技术的飞跃发展，社会发展步入了信息时代，随着信息时代对人才高素质和信息化的要求，随着高等教育发展的趋势，人们的生活水平提高，对精神文明生活的要求也跟着提高，这对电子领域提出来更高的要求。电子学是一门应用很广泛的科学技术，发展及其迅速。要想学好这门技术，首先是基础理论的系统学习，然后要技术训练，进而培养理论联系实际的能力，设计电路的能力，实际操作的能力，以及培养正确处理数据、分析和综合实验结果、检查和排除故障的能力。同时也加深我们对电子产品的理解。数字动态扫描显示电路作为此次课程设计的课题，我们采用一般意义上的设计方案，即采用集成芯片构成电路。数字电路具有很多优点：a. 便于高度集成化。由于数字电路采用二进制，因此单元电路的结构简单，允许电路参数有较大的离散性，便于集成。b. 工作可靠性高，抗干扰能力强。数字信号用二进制表示，数字电路的识别能力强。c. 数字信息便于长期存放。d. 数字电路集成产品多，通用性强，成本低。e. 保密性好。数字信号容易进行加密处理，不易被窃取。二、 方案论证数字动态扫描显示电路的原理框图如图1所示：振荡器节拍发生器译码器显示电路图1 数字动态扫描显示电路的原理框图方案一：节拍发生器使用八进制约翰逊计数器4022来实现，这里只要求能够动态显示四位数据，所以使用4022的Y0、Y1、Y2、Y3的四个输出端，由清零端CR控制Y0-Y3四个引脚轮流输出高电平。方案二：节拍发生器使用计数器74LS161、译码器74LS138以及反相器连接而成。555定时器构成的多谐振荡器作为时钟脉冲，驱动74LS161计数，译码器74LS138的C引脚接地，A、B引脚与74LS161的QA和QB相连，所以74LS138的、四个输出端经过反相器轮流输出高电平。本实验采用的是方案二，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，使各引脚不断的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。三、 电路设计1.振荡电路为了避免出现闪烁的现象，扫描频率不能太低，人眼的临界闪烁是50Hz，一般可将显示位数乘以50Hz，作为节拍发生器的时钟。多谐振荡电路如图2所示：图2 多谐振荡电路多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。用555定时器构成的多谐振荡器，图中的电容C1，电阻R5和R6作为振荡器的定时元件，决定输出矩形波正、负脉冲的宽度，电容C2为滤波电容。这里选用555振荡器构成的多谐振荡器输出的脉冲作为节拍发生器的时钟，多谐振荡器的周期。2. 节拍发生器节拍发生器采用计数器74LS161、译码器74LS138以及反相器连接而成，电路如图3所示：图3 节拍发生器当时钟脉冲开始输入时，74LS161的输出QDQA为00001111循环变化，QB、QA从0011循环变化。因为只有四个数据输出，所以74LS138的A、B引脚与74LS161的QA和QB引脚相连，C引脚常接低电平，则译码器的输入端C、B、A的输入为000011循环变化，所以、引脚依次输出低电平，经过反相器输出高电平控制7448译码器的消隐输入端。74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器。如图4所示：图4 74LS161逻辑功能示意图74LS161的逻辑功能如表1所示：表1 74LS161逻辑功能表工作状态0置零10预置数1101保持110保持（C=0）1111计数当=1、=0时，电路工作在同步预置数状态。当=1而ENP=0、ENT=1时，电路工作状态保持原来的不变，进位输出C的状态也得以保持。当=ENP=ENT=1时，电路工作在计数状态。74LS138的是常用的二进制译码器。逻辑功能示意图如图5所示：图5 74LS138的逻辑功能示意图74LS138的功能表如表2所示：输入输出G1CBA01111111101111111110000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111110表2 74LS138的功能表3. 显示译码器译码器使用的是共阴极译码器74LS48。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。其功能图如图6所示：图6 74LS48逻辑功能示意图BCD七段译码器的输入是四位BCD码（以D、C、B、A表示），输出是数码管各段的驱动信号（以OAOG表示）也称47译码器。若用它驱动共阴极LED数码管，则输出应为高电平有效，即输出为高电平时，相应显示段发光。例如，当输入DCBA=0100时，应显示4，即要求点亮b、c、f、g段，熄灭a、d、e段，故译码器的输出应为OAOG=0110011，这也是一组代码，常称为段码。同样，根据组成09这10个字形的要求可以列出8421BCD七段译码器的真值表，如表3所示：表3 七段译码器的真值表十进制数或功能输入/输出DCBAOAOBOCODOEOFOG011000011111110110001101100002100101110110131001111111001410100101100115101011101101161011010011111710111111100008110001111111191100111111011消隐00000000动态灭零10000000000000灯测试0111111114、显示电路使用共阴极数码管，故数码管需要接保护电阻，同时公共输出端需要接地，电路连接如图7所示：图7 显示电路四、 性能的测试1、 多谐振荡电路的测试R5值（k）R6值（k）C值（F）频率（Hz）周期（s）103.1206.20.012800.0035表4 多谐振荡电路测试数据表调试振荡电路，用示波器观察振荡电路产生的信号。如图8所示：图8 示波器显示周期由示波器可以看出多谐振荡器的产生的信号周期T=0.0035s。2、 节拍发生器电路测试调试节拍发生器电路，将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。四个引脚应该依次输出高电平，经测试结果正确。如图9所示：图9 节拍发生器波形图3、 调试数码显示电路给数码管接相应的数字看其显示的二进制数是否正确。如图10所示：图10 数码管显示数字五、 结论该设计的功能是用于显示四位数字的动态扫描显示。动态接口采用各数码管循环轮流显示的方法，当循环显示频率较高时利用人的暂留特性，看不出闪烁显示现象，这种显示需要一个接口完成字形码的输出（字形选择），另一个接口完成各数码管的轮流点亮（数位选择）。通过译码器的编译，再经过振荡器与计数器的选择信号和数码管的导通，后编译的信号再传入译码器译码，通过译码传入LED数码管，最终实现LED数码管的显示。该数字动态扫描显示电路的功能是实现显示动态输入的四位数字。本次设计任务的完成让我很是欣慰，虽然做的并不是很理想，但这是自己查阅资料做了很长时间做出来的。在这期间被困扰过，但最终在我的努力和同学的帮助下顺利完成。非常感谢这次课程设计的经历，让我系统的联系了所学的理论知识，并通过自己的实践操作获得所需结果，让我更认识到这门专业课的趣味及其本质。希望以后还有更多的实践操作。参考文献1 闫石主编. 数字电子技术基础M. 北京：高等教育出版社，2006年2 杨志忠主编. 电子技术课程设计M. 北京：机械工业出版社，2008年3 彭华林主编. 数字电子技术M. 长沙：湖南大学出版社，2004年4 马义忠主编. 数字电路逻辑设计M. 北京：人民邮电出版社，2009年5 金唯香主编. 电子测试技术M. 长沙：湖南大学出版社，2004年附录 总电路图附录 元器件清单序号编号名称型号数量1A1555定时器555_CIRTUAL12R5、R6电阻103k、206k23C1、C2电容10nF24U916进制计数器74LS161N15U10二进制译码器74LS138N16U1、U3、U5、U7译码器74LS48D47U2、U4、U6、U8数码管BS210A48R7、R8、R9、R10排阻18049U11A、U11B、U11C、U11D反相器74LS04D110