數(shù)碼管顯示控制器

1、實驗報告課程名稱：課程設計實驗項目：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 號：4實驗室號：實驗組號：實驗時間：_批閱時間： 指導教師： 趙柏山 成 績： 目錄摘 要 3.引 言 4.1 設計背景 5.設計任務 5.設計要求 5.指導思想 5.2 方案論證 6.方案說明 6.方案原理 6.3 電路的設計與分析 7.電路的總體設計 7.電路的原理框圖 8.元電路的設計與分析 8.多諧振蕩電路的設計與分析 8.計數(shù)電路的設計與分析 1.0譯碼顯示電路的設計與分析 1.24 電路仿真、調(diào)試與分析 1.5.脈沖產(chǎn)生電路的仿真 1.5.總電路的仿真 1.6.運行結(jié)果分析 1.6.

2、5 心得與體會 1.7.附錄 1 元器件清單 1.8.附錄 2 參考文獻 1.9.摘要這次的課程設計主要是用計數(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)器在時序電路中應用的很廣泛 ,它不僅可以用于對脈沖進行計數(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

3、自激震蕩集成電路制成，與電阻和電容一起構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74LS153D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。這個設計基本上就是由以上部分連接在一起組成的。關鍵詞：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備中不可缺少的部分，從燈泡，陰極射線管(CRT， cathode-raytube)顯示器，到發(fā)光二級管(LED , light-emitting diode)，液晶顯示屏(LCD , Liquid

4、 CrystalDisplay) ，顯示器件的發(fā)展伴隨著電子技術的不斷發(fā)展。目前，在小型便攜式電 子設備中， 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制數(shù)字的十六 個字符，再加上一個小數(shù)點顯示，常用于在電子設備上顯示數(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。本設計即利用邏

5、輯芯 片來實現(xiàn)數(shù)碼管的控制顯示。1. 設計背景設計任務根據(jù)已知條件，完成對數(shù)碼管顯示控制器的設計、裝配與調(diào)試。設計要求（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）打開電源自動復位，從自然數(shù)列開始顯示。指導思想本設計將采用幾個基本的數(shù)字集成的 74系列（74LS48,74LS153,555）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） 。本設計具有邏輯 清晰、設計巧妙的特點，能很好的符合課

6、程設計的要求。2. 方案論證方案說明該設計的關鍵是對 74LS153 的輸入端的強制置數(shù)的處理， 設計要求產(chǎn)生奇數(shù)， 實際 上就是將第一個74LS153的1C1強制置1;要求產(chǎn)生偶數(shù)，實際上就是把第一個74LS153 的1C2強制置0;要求產(chǎn)生0-7的音樂符號，實際就是把第二個 74LS153的2C3強制置 0;也就是說產(chǎn)生十進制的的計數(shù)一直是不變的，它內(nèi)部的技術依然是 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。方案原理首先，用一個5

7、55構成多諧振蕩器產(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09的十進制數(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 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 出相應的十進制數(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、

8、 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. 電路的設計與分析電路的總體設計由設計要求依次顯示自然數(shù)列 1、2、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，音樂數(shù)列 0、 1、0、1、2、3、4、5、6、7，列出下列關系：自然數(shù)列奇數(shù)列偶數(shù)列音樂數(shù)列0000000100000000000100110010000100

9、10010101000000001101110110000101001001100000100101001101100100011101011000011010010111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.因此該設計的關鍵是對 74LS153 的輸入端的強制置數(shù)的處理， 設計 要求產(chǎn)生奇數(shù)，實際上就是將第一個 74LS153的1C1強制置1;要求產(chǎn)生偶數(shù)，實際上 就是把第一個74LS153的1C2強制置0;要求產(chǎn)生0-7的音樂符號，實際就是把第二個 74LS153的2C3強制置0;也就是說產(chǎn)生十進制的的計數(shù)一直是不變的，它內(nèi)部的技

10、術 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輸出相應的 十進制數(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

11、、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、& 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)列如此周而復始，不斷循環(huán)。電路的原理框圖元電路的設計與分析多諧震蕩電路的設計與分析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，用CMOS工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對 應的雙定時器 556/7556。555定時器的電源電壓范圍寬， 可在 16V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

12、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。它提供兩個基準電壓VCC /3和2VCC /3555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

13、VCC /3，則比較器 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，貝U 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管的通斷，可構成單穩(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?shù)淖枞?。元件和適當?shù)碾娐愤B接，就可構成多諧振蕩Vo(a)自激多諧振蕩器電

14、路C3103V1V2tivtT(b)振蕩波形圖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，驅(qū)動電流也較大，并能提供與ttl, MOS電路相兼容的邏輯電路。脈沖寬度計算公式：Tw (R1+RW+R2) C3-1振蕩周期計算公式：T (R1+RW+2R2) C3-2經(jīng)過計算可知R1約為580k , R2約為290k。計數(shù)電路的設計與分析該設計用到了 74LS161計數(shù)器，其中一個74LS161用來產(chǎn)生09的十進制數(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 作為了一個四進制的計數(shù)器，循環(huán)產(chǎn)生 00、01、10、11進而控制了數(shù)據(jù)選擇器的輸

15、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的預置是同步的。當置入控制器/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。對于54/74161，當CP由低至高跳變或跳變前，如 果計數(shù)器控制端CEP、CET為高電平，則/PE應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CEP、CET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

16、/74LS161的CEP、CET跳變與CP無關。當計數(shù)溢出時，進位 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。7MR 1CP 215TM 31400PI 41 301P3 一512-02P3 11一 3CEF 7W-CE13HC 9-PE圖3-2 74LS161外部引腳圖1G|1o161 vcc215|2G1C3|314|A102 |413|2C31C1 |512|2C21CO|5|2C11Y 710|2C0gnd|S9|2Y圖3-3 74hc153外部引腳圖161外部管腳引出端符

17、號：TC進位輸出端CEP計數(shù)控制端Q0-Q3輸出端CET計數(shù)控制端CP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為兩個輸出端。 當使能端1G (2G)= 1時，多路開關被禁止，無輸出，Y = 0。新藝圖庫7YT838電子-技術資料-電子元件-電路圖-技術應用網(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 當使能端1G (2G)= 0時，多路開關正常工作， 根據(jù)地址碼B、A的狀態(tài)，將相應的數(shù)

18、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邏輯功能表輸入輸出BAC0C1C2C3GY10000000010101000011011000010101110001110174LS161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 制進位輸出Q3Q2Q1Q0C00000001000110200102030011304010040

19、50101506011060701117081000809100191譯碼顯示電路的設計與分析數(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（COM）的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極 COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰 極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。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)碼管在應用時應將公共極COM接到地

20、線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高 電平時，相應字段就會被點亮。該設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 行驅(qū)動，當電路開始正常工作后在該數(shù)碼管上就會按設計要求依次顯示數(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)列如此周而復始，不斷循環(huán)。BD 0 P圖 3-4 半導體數(shù)碼管計數(shù)器用來產(chǎn)生十進制計數(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

21、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。它們分別為可預置 4位二進制同步可逆計數(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Qd為 1時計數(shù)器清等然后又重復遞增計數(shù)，不斷循環(huán)進行。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

22、順序循環(huán)進行。根據(jù)這種結(jié)果，可以把每一路輸出用以控制半導體 數(shù)碼管從而可以達到循環(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有多個輔助控制端，以增強器件的功能。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 BI/RBO作輸入使用且Bl = 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LT = 0時，BI/RBO是輸出端，且RBO = 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&該輸

23、入端常用于檢查74IS48本身及顯示器的好壞。當 LT = 1, RBI = 0且輸入代碼DCBA = 0000時，各段輸出ag均為低電平，與BCD碼相 應的字形 0熄滅，故稱“滅零”。利用 LT=1 與 RBI=0 可以實現(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LT = 1 且 RBI = 0,輸入代碼 DCBA=0000 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：

24、LT 和 RBI 同時等于 1，而對其它輸入代碼則僅要求 LT 二1,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。IIJ1uLL；Tr兀bi/rSo圖3-5 74IS48的引腳圖圖3-6譯碼驅(qū)動電路4電路仿真、調(diào)試與分析脈沖產(chǎn)生電路的仿真圖4-1脈沖產(chǎn)生電路圖4-2脈沖產(chǎn)生電路的仿真總電路仿真運行結(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、& 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)列如此周而復始，不斷循環(huán)。并且打開電源自動復位，從自然數(shù)列開始顯示。實現(xiàn)了預期的設計要求5.心得與體會這次的課程設計是一次難得的鍛煉機會，讓我們能夠充分利用所學過的理論知識還 有自己的想象能力，另外還有學習查找資料的方法，以及自己處理分析電路、設計電路 的能力。這次的課程設計讓我們懂得了理論知識在實際中的用途，突然感覺自己學的東 西很有用，我們覺得這樣就可以激發(fā)我們以后的學習興趣， 這樣有利于今后更好的學習。 通過這次實踐活動，我們增強了解決問題的能力，從中也發(fā)現(xiàn)了自己在動手操作方面的 不足