數(shù)碼管顯示控制器教材

1、7實驗報告課程名稱：課程設(shè)計實驗項目：數(shù)碼管顯示控制器專業(yè)班級：通信工程1003班姓名:于璐學(xué)號: 100404324實驗室號：實驗組號：實驗時間：2013.07.02批閱時間：指導(dǎo)教師：趙柏山成績：21目錄摘 要. 3引 言. 41 設(shè)計背景 51.1 設(shè)計任務(wù) . 51.2 設(shè)計要求 . 51.3 指導(dǎo)思想 . 52 方案論證 62.1 方案說明 . 62.2 方案原理 . 63 電路的設(shè)計與分析 73.1 電路的總體設(shè)計 . 73.2 電路的原理框圖 . 83.3 元電路的設(shè)計與分析 . 83.3.1 多諧振蕩電路的設(shè)計與分析 . 83.3.2 計數(shù)電路的設(shè)計與分析 . 103.3.3

2、譯碼顯示電路的設(shè)計與分析 . 124 電路仿真、調(diào)試與分析 154.1 脈沖產(chǎn)生電路的仿真 . 154.2 總電路的仿真 . 164.3 運(yùn)行結(jié)果分析 . 165 心得與體會 17附錄 1元器件清單 . 18附錄 2 參考文獻(xiàn) . 19摘要這次的課程設(shè)計主要是用計數(shù)器來實現(xiàn)的 , 這個循環(huán)控制電路的實質(zhì)就是要產(chǎn)生一 系列有規(guī)律的數(shù)列 , 然后通過一個七段數(shù)碼管顯示出來 . 這里使用的只要就是計數(shù)器 , 計數(shù)器在時序電路中應(yīng)用的很廣泛 , 它不僅可以用于對脈沖進(jìn)行計數(shù) , 還可用于分頻 ,定 時, 產(chǎn)生節(jié)拍脈沖以及其他時序信號。運(yùn)用計數(shù)器的不同的功能和不同的接發(fā)就可以實 現(xiàn)不同的序列輸出了。而且

3、這次的內(nèi)容還包括分電路圖的整合 , 使這個循環(huán)顯示器能夠按照要求依次輸出自然序列 , 奇數(shù)序列 , 偶數(shù)序列還有音樂序列。還有一個部分就是時鐘電路是由555 多諧自激震蕩集成電路制成， 與電阻和電容一起構(gòu)成周期為一秒時鐘電路的時鐘周期發(fā)生 器，為電路提供時鐘信號。驅(qū)動電路是由74LS161D計數(shù)器和74LS153數(shù)據(jù)選擇器組成, 用以驅(qū)動數(shù)碼管正常工作，并且在時鐘電路的控制下讓數(shù)碼管循環(huán)工作。支持整個電路 的工作。這個設(shè)計基本上就是由以上部分連接在一起組成的。關(guān)鍵詞： 555多諧震蕩器 74LS161D 計數(shù)器 74LS153D 數(shù)據(jù)選擇器 數(shù)碼管引言顯示器件是電子設(shè)備中不可缺少的部分，從燈泡

4、，陰極射線管(CRT，cathode-raytube )顯示器，到發(fā)光二級管(LED light-emittingdiode ),液晶顯示屏(LCD LiquidCrystalDisplay )，顯示器件的發(fā)展伴隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展。目前，在小型便攜式 電子設(shè)備中，LED和LCD顯示器件成為主要的顯示器件，其中發(fā)光二級管和IJED數(shù)碼管, 主要用于狀態(tài)指示和數(shù)字字符顯示，LCD主要用于文字和圖形顯示。LED數(shù)碼管是用發(fā) 光二級管組成字符筆畫或點陣，用于顯示簡單字符和圖形。最常用的是七段LED數(shù)碼管, 它用發(fā)光二級管組成數(shù)字字符 8的七段筆畫，至少可以顯示十六進(jìn)制數(shù)字的十六個字符， 再加上一個

5、小數(shù)點顯示，常用于在電子設(shè)備上顯示數(shù)字字符串。其特點主要在于使用簡 單，價格低廉，顯示亮度高，功耗小，器件可靠性很高。本設(shè)計即利用邏輯芯片來實現(xiàn) 數(shù)碼管的控制顯示。1. 設(shè)計背景1.1 設(shè)計任務(wù)根據(jù)已知條件，完成對數(shù)碼管顯示控制器的設(shè)計、裝配與調(diào)試。1.2 設(shè)計要求（1）能自動一次顯示出數(shù)字 0 、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然數(shù)列），1、3、5、7、9（奇數(shù)列） ， 0、2、4、6、8（偶數(shù)列），0、1、0、1、2、3、4、5、6、7（音 樂符號序列 ） ；然后再從頭循環(huán)；（2）打開電源自動復(fù)位，從自然數(shù)列開始顯示。1.3 指導(dǎo)思想本設(shè)計將采用幾個基本的數(shù)字集成的74系列（74LS

6、48,74LS153,555 ）芯片來完成所需要的數(shù)字邏輯顯示功能（在七段數(shù)碼管上按規(guī)律顯示特定的數(shù)字） 。本設(shè)計具有邏 輯清晰、設(shè)計巧妙的特點，能很好的符合課程設(shè)計的要求。2. 方案論證2.1 方案說明該設(shè)計的關(guān)鍵是對74LS153的輸入端的強(qiáng)制置數(shù)的處理，設(shè)計要求產(chǎn)生奇數(shù)，實際 上就是將第一個74LS153的1C1強(qiáng)制置1;要求產(chǎn)生偶數(shù)，實際上就是把第一個74LS153 的1C2強(qiáng)制置0;要求產(chǎn)生0-7的音樂符號，實際就是把第二個 74LS153的2C3強(qiáng)制置 0;也就是說產(chǎn)生十進(jìn)制的的計數(shù)一直是不變的，它內(nèi)部的技術(shù)依然是0-9 的計數(shù)，我們只是在外部改變了它的輸出而已，因此我們這個方案采

7、用一個最簡易的方案：兩個 74LS161和兩個74LS153, 一個555作脈沖產(chǎn)生之用，一片74LS48譯碼，一個七段數(shù)碼 管作顯示。2.2 方案原理首先，用一個555構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生大約1HZ的脈沖，脈沖可以使74LS161用置 零法正常工作循環(huán)產(chǎn)生0 9的十進(jìn)制數(shù)作為74LS153的輸入，用74LS161的低兩位輸 出作為兩個74LS153的地址輸入控制其輸出。74LS161每循環(huán)09 一次就會產(chǎn)生進(jìn)位輸 出為74LS161提供一個脈沖，使其計數(shù)一次，74LS161在此處做為一個四進(jìn)制的計數(shù)器。 在脈沖作用下，74LS161的低兩位循環(huán)產(chǎn)生00、01、10、11從而使74LS153輸出

8、相應(yīng)的 十進(jìn)制數(shù)再經(jīng)74LS48譯碼最終使數(shù)碼管按要求依次顯示出數(shù)字0、1、2、3、4、5、&7、 8、 9（自然數(shù)列）， 1、 3、 5、 7、 9（奇數(shù)列）， 0、 2、 4、 6、 8（偶數(shù)列）和 0、 1、 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 0、 1（音樂符號數(shù)列），然后又依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、 偶數(shù)列和音樂符號數(shù)列如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。經(jīng)以上的論證我們可知，這個方案在理論上分析是完全可行的，經(jīng)我們仿真之后驗 證，此方案是完全可行的。3. 電路的設(shè)計與分析3.1 電路的總體設(shè)計3、4、5、6、7、8、9，奇數(shù)列 1、3、5、7、9，偶數(shù)列 0、2、4、6、8，音樂

9、數(shù)列 0、1、0、1、自然數(shù)列奇數(shù)列偶數(shù)列音樂數(shù)列00000001 0000 00000001001100100001001001010100000000110111011000010100100110000010由設(shè)計要求依次顯示自然數(shù)列 1、2、010100112、3、4、5、6、7，列出下列關(guān)系：01100111100010010100 0101 0110 0111通過上面的數(shù)列可發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：奇數(shù)列最末位都為1；偶數(shù)列最末位都為 0, 音樂數(shù)列的最高位都為0.因此該設(shè)計的關(guān)鍵是對74LS153的輸入端的強(qiáng)制置數(shù)的處理，設(shè)計 要求產(chǎn)生奇數(shù)，實際上就是將第一個 74LS153的1C1強(qiáng)制置

10、1;要求產(chǎn)生偶數(shù)，實際上 就是把第一個74LS153的1C2強(qiáng)制置0;要求產(chǎn)生0-7的音樂符號，實際就是把第二個 74LS153的2C3強(qiáng)制置0;也就是說產(chǎn)生十進(jìn)制的的計數(shù)一直是不變的，它內(nèi)部的技術(shù) 依然是 0-9 的計數(shù)，我們只是在外部改變了它的輸出而已。用一個555構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生大約1HZ的脈沖，脈沖可以使74LS161正常工作循 環(huán)產(chǎn)生 09 的十進(jìn)制數(shù)作為 74LS153 的輸入，用 74LS161 的低兩位輸出作為兩個 74LS153的地址輸入控制其輸出。74LS161每循環(huán)0 9一次就會產(chǎn)生進(jìn)位輸出為74LS161提供一個脈沖，使其計數(shù)一次，74LS161在此處做為一個四進(jìn)制的

11、計數(shù)器。在脈沖作用 下，74LS161的低兩位循環(huán)產(chǎn)生00、01、10、11從而使74LS153輸出相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)再 經(jīng)74LS48譯碼最終使數(shù)碼管按要求依次顯示出數(shù)字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 （自 然數(shù)列），1、3、5、7、9 （奇數(shù)列），0、2、4、6、8 （偶數(shù)列）和 0、1、2、3、4、5、 6、7、0、1 （音樂符號數(shù)列），然后又依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)列和音樂符 號數(shù)列如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。3.2電路的原理框圖3.3兀電路的設(shè)計與分析3.3.1多諧震蕩電路的設(shè)計與分析555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555

12、，用CMOS工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應(yīng) 的雙定時器 556/7556。555定時器的電源電壓范圍寬， 可在4.5V16V 工作，7555 可在318V工作，輸出驅(qū)動電流約為200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定 時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個RS觸發(fā)器，一個放電管 T及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC 13和2VCC 13555

13、定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時，則電壓比較器A1的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于 VCC/3，貝吐匕較器A2的輸出為1，可使RS觸發(fā)器置1， 使輸出端0UT=1。如果閾值輸入端 TH的電壓大于2VCC/3，同時TR端的電壓大 于VCC /3，則A1的輸出為1，A2的輸出為0，可將RS觸發(fā)器置0 ,使輸出 為0電平。555定時器主要是與電阻電容構(gòu)成充放電電路，并由兩個比較器來檢 測電容上的電壓以確定輸出電壓的高低和放電開關(guān)管的通斷，可構(gòu)成

14、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生電路。時鐘信號的產(chǎn)生方式很多，本電路設(shè)計使用555定時器，555定種雙極型中規(guī)模集 成電路，只要在外部配上幾個適當(dāng)?shù)淖枞?。元件和適當(dāng)?shù)碾娐愤B接，就可構(gòu)成多諧振蕩VCCKDvR210KDNGTRVCC3103(a)自激多諧振蕩器電路廠廠t| Vot-T w-T(b)振蕩波形2V V3VOV 圖3-1自激多諧振蕩器電路和波形圖器。該器件的電源電壓為4.5V-18V，驅(qū)動電流也較大，并能提0f5tt5oS電路相兼容的邏輯電路3-13-2脈沖寬度計算公式：Tw 0. 7 (R1+RW+R2) C振蕩周期計算公式：T 0.7 (R1+RW+2R2) C經(jīng)

15、過計算可知R1約為580k , R2約為290k。3.3.2計數(shù)電路的設(shè)計與分析該設(shè)計用到了 74LS161計數(shù)器，其中一個74LS161用來產(chǎn)生09的十進(jìn)制數(shù)作為 數(shù)據(jù)選擇器的輸入，另一個74LS161的輸出低兩位作為數(shù)據(jù)選擇器的地址選擇其實是將 其作為了一個四進(jìn)制的計數(shù)器，循環(huán)產(chǎn)生00、01、10、11進(jìn)而控制了數(shù)據(jù)選擇器的輸出，終使數(shù)碼管按要求產(chǎn)生循環(huán)數(shù)列。下面是最74LS161的介紹：異步清零端/MR1為低電平時，不管時鐘端 CP信號狀態(tài)如何，都可以完成清零功 能。161的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器/PE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出 端Q0-Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0-P3 一致。對

16、于54/74161，當(dāng)CP由低至高跳變或跳變前，女口 果計數(shù)器控制端CEP CET為高電平，則/PE應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而54/74LS161 無此種限制。161的計數(shù)是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。當(dāng)CEPCET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于54/74LS161的CER CEll變與CP無關(guān)。當(dāng)計數(shù)溢出時，進(jìn)位輸出 端（TC輸出一個高電平脈沖，其寬度為 Q0的高電平部分。對于74LS161,在CP出現(xiàn) 前，即使CEP CET /MR發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。mr12CP215_TPC 514卩41301

17、S1?-03F3 611CEP ?10 CET-GNC 3S PE圖3-2 74LS161外部引腳圖1G|50 VCC2152G1C3|314】A1C2 i4132C31C1 |5122C21CO|6112C11Y|1012C0gnd|892Y161外部管腳引出端符號：TCCEPQ0-Q3CETCP圖3-3 74hc153外部引腳圖進(jìn)位輸出端計數(shù)控制端輸出端計數(shù)控制端時鐘輸入端（上升沿有效）/MR異步清除輸入端(低電平有效)/PE同步并行輸入置數(shù)端(低電平有效)1G、2G為兩個獨(dú)立的使能端；B、A為公用的地址輸入端；1C01C3和2C02C3分別為兩個 4選1數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸入端；Y1、Y2

18、為兩個輸出端。 當(dāng)使能端1G (2G)= 1時，多路開關(guān)被禁止，無輸出，Y = 0。新藝圖庫7YT838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號-各種圖紙 當(dāng)使能端1G (2G) = 0時，多路開關(guān)正常工作， 根據(jù)地址碼B、A的狀態(tài)，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)C0 C3送到輸出端Y。女口： B A = 00則選擇CO數(shù)據(jù)到輸出端，即 Y = C0。B A = 01則選擇C1數(shù)據(jù)到輸出端，即 Y = C1，其余類推。數(shù)據(jù)選擇器的用途很多，例如多通道傳輸，數(shù)碼比較，并行碼變串行碼，以及實現(xiàn)邏輯函數(shù)等。74HC153邏輯功能表表3-1 74LS153邏輯功能

19、表輸入輸出BAC0C1C2C3GYX：XXXXX10000XXX00001XXX0101X0XX0001X1XX0110XX0X0010XX1X0111XXX00011XXX10174LS161邏輯功能表表3-2 74LS160邏輯功能表計數(shù)順序電路狀態(tài)等效十進(jìn) 制進(jìn)位輸出Q3Q2Q1Q0C0000000100011020010203001130401004050101506011060701117081000809100191333譯碼顯示電路的設(shè)計與分析數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光 二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽

20、極數(shù)碼管和共 陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極（CO M的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM接到+5V,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極 為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰 數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 （COM的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼 管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM!到地線GNDt,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時， 相應(yīng)字段就會被點亮。該設(shè)計中選用的是七段數(shù)碼管如圖 3-2所示，為共陰極的，用7448譯碼驅(qū)動器進(jìn) 行驅(qū)動，當(dāng)電路開始正常工作后在該數(shù)碼管上就會按設(shè)計要求依次顯示數(shù)字0、1、2、

21、3、4、5、6、7、8、9 （自然數(shù)列），1、3、5、7、9 （奇數(shù)列），0、2、4、6、8 （偶數(shù)列） 和0、1、0、1、2、3、4、5、6、7 （音樂符號數(shù)列），然后又依次顯示出自然數(shù)列、奇 數(shù)列、偶數(shù)列和音樂符號數(shù)列如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。/N1TJMr旳諷|圖 3-4 半導(dǎo)體數(shù)碼管計數(shù)器用來產(chǎn)生十進(jìn)制計數(shù)，其輸出端信號加到譯碼器輸入端，經(jīng)譯碼后可以在輸出端產(chǎn)生所需的控制信號。本電路計數(shù)器譯碼器采用74LS48,譯碼驅(qū)動電路如圖3-4。它們分別為可預(yù)置 4 位二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器和八選一數(shù)據(jù)選擇器。 電路的工作原理是 不規(guī)則時鐘脈沖信號加到計數(shù)器 74LS161的計數(shù)向上引腳，計數(shù)器控自

22、然忘序遞增計數(shù)， 其輸出端Qd,Qc,Qa,Qb按自然忘序遞增到1000時，由于清除和Qd相連接當(dāng)Qd為1時 計數(shù)器清等然后又重復(fù)遞增計數(shù)，不斷循環(huán)進(jìn)行。而計數(shù)器的輸出瑞Qc,Qb,Qa接到74LS153的輸入端，在Qc, Qb Qa的作用下價它們的每一種組合方式對應(yīng)于輸出端的一 個引腳狀態(tài) .在任意時刻只有一個端口為高電平其余喘口全為低電平 .而且這種變化同 樣是按照自然遞增的順序循環(huán)進(jìn)行。根據(jù)這種結(jié)果，可以把每一路輸出用以控制半導(dǎo)體 數(shù)碼管從而可以達(dá)到循環(huán)顯示數(shù)字的目的。 7448七段顯示譯碼器輸出高電平有效， 用以 驅(qū)動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能。

23、7448的LRBI、BI/RBO,簡要說明如下：滅燈輸入 BI/RBO ：BI/RBO是特殊控制端，有時作為輸入，有時作為輸出。當(dāng)BI/RBO作輸入使用且BI = 0時，無論其它輸入端是什么電平，所有各段輸入ag均為0,所以字形熄滅。試燈輸入 LT ：當(dāng)LT= 0時，BI/RBO是輸出端，且RB3 1,此時無論其它輸入端是什么狀態(tài)，所有各 段輸出 ag 均為 1, 顯示字形 8。該輸入端常用于檢查 74IS48 本身及顯示器的好壞。 當(dāng) LT= 1，RBI = 0且輸入代碼DCBAf 0000時，各段輸出ag均為低電平，與BCD碼相應(yīng) 的字形0熄滅，故稱“滅零”。利用LT=1與RBI=0可以實

24、現(xiàn)某一位的“消隱”。此時 BI/RBO是輸出端，且 RBO=0 BI/RBO作為輸出使用時，受控于 LT和RBI。當(dāng)LT= 1且 RBI = 0,輸入代碼 DCBA=000時，RBO=0 若 LT=0或者 LT= 1 且 RBI= 1,貝U RBO=1 該 端主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。 從功能表還可看出，對輸入代 碼0000,譯碼條件是：LT和RBI同時等于1,而對其它輸入代碼則僅要求 LT= 1,這時 候，譯碼器各段ag輸出的電平是由輸入BCD碼決定的，并且滿足顯示字形的要求。丫、蘇薜J爲(wèi)X-爲(wèi) FtBFRBO RBI角 a2如氣圖3-5 74IS48的引腳圖1317TT

25、邁TT百R42004KR5200Rj6300R720DR3200KR94200R3 2UU224JDS1dAMEERCCl圖3-6譯碼驅(qū)動電路4.電路仿真、調(diào)試與分析4.1脈沖產(chǎn)生電路的仿真12V28S.6iR1 1LTC- -OIFT皿珂iiSLT 555 VIRTUALX1：0uFC：1：0nFCf：:圖4-1脈沖產(chǎn)生電路3. 3D5 E2.：-33 V72-T1Ext. Tngger圖4-2脈沖產(chǎn)生電路的仿真4.2總電路仿真圖 4-3 總電路仿真4.3 運(yùn)行結(jié)果分析接通電源后數(shù)碼管可以按要求依次循環(huán)顯示出數(shù)字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 （自然數(shù)列），1、 3、5、7、9（奇數(shù)列），0、2、4、6、8（偶數(shù)列）和 0、1、0、 1、2、 3、4、5、6、7（音樂符號數(shù)列），然后又依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)列和音樂 符號數(shù)列如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。并且打開電源自動復(fù)位，從自然數(shù)列開始顯示。實現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計要求5. 心得與體會這次的課程設(shè)計是一次難得的鍛煉機(jī)會，讓我們能夠充分利用所學(xué)過的理論知識還 有自己的想象能力，另外還有學(xué)習(xí)查找資料的方法，以及自己處理分析電路、設(shè)計電路 的能力。這次的課程設(shè)計讓我們懂得了理論知識在實際中的用途，突然感覺自己學(xué)的東 西很有用，我們覺得這樣就可以激發(fā)我們以后的學(xué)習(xí)興趣， 這樣有利于