數(shù)字顯示電路

1、數(shù)字顯示電路數(shù)字電子技術綜合實驗一數(shù)字顯示電路組員： 目錄l 一、實驗目的 . 3l 二、設計要求 . 4l 三、各模塊設計方案 . 5l 四、電路的焊接成型及工作檢測 . 14l 五、實驗感想及問題 . 14l 六、元件清單及制作費用.21一、實驗目的 數(shù)字顯示電路實驗將傳統(tǒng)的4個分離的基本實驗，即基本門電路實驗，編碼器、顯示譯碼器、7段顯示器實驗，加法器實驗和比較器實驗綜合為個完整的設計型的組合電路綜合實驗。通過本實驗，要求我們熟悉各種常用MSI組合邏輯電路的功能與使用方法，學會組裝和調試各種MSI組合邏輯電路，掌握多片MSI、SSI組合邏輯電路的級聯(lián)、功能擴展及綜合設計技術，使我們具有數(shù)

2、字系統(tǒng)外圍電路、接口電路方面的綜合設計能力。 本次實驗的目的為：1、掌握基本門電路的應用，了解用簡單門電路實現(xiàn)控制邏輯。2、掌握編碼、譯碼和顯示電路的設計方法。3、掌握用全加器、比較器設計電路的方法。二、設計要求操作面板左側有16個按鍵，編號為0到15，另正面板右側配2個共陽7段顯示器，操作面板圖如圖1所示。圖1：顯示電路面板示意圖設計一個電路：當按下小于10的按鍵后，右側低位7段顯示器顯示數(shù)字，左側7段顯示器顯示0；當按下大于9的按鍵后，右側低位7段顯示器顯示個位數(shù)字，左側7段顯示器顯示l。若同時按下幾個按鍵，優(yōu)先級別的順序是15到0?，F(xiàn)配備1個4位二進制加法器74LS283，2個8線-3線

3、優(yōu)先編碼器74LSl48，2個四2輸入與非門74LS00，一個非門7404，2個顯示譯碼器74LS47。三、各模塊設計方案該數(shù)字顯示電路為組合邏輯電路，可分為編碼、譯碼和顯示電路以及基本門電路、全加器電路。實驗采用的主要器件有1個4位二進制加法器74LS283，2個8線-3線優(yōu)先編碼器74LSl48，2個四2輸入與非門74LS00，一個非門7404，2個顯示譯碼器74LS47。1.各種芯片的功能介紹如下： 83線優(yōu)先編碼器74LSl48簡介在數(shù)字系統(tǒng)中，常采用多位二進制數(shù)碼的組合對具有某種特定含義的信號進行編碼。完成編碼功能的邏輯部件稱為編碼器。編碼器有若干個輸入，對于每一個有效的輸入信號，給

4、與電平信號的形式表示的特定對象，產(chǎn)生惟一的一組二進制代碼與之對應。按照編碼信號的特點和要求，編碼器分為3類。即二進制編碼器，可用與非門構成4-2線、8-3線編碼器。二十進制編碼器，將09十進制數(shù)變成BCD碼，如74LS147、優(yōu)先編碼器。圖2：74LSl48外引線排列圖74LS148是一種常用的83線優(yōu)先編碼器，其功能真值如表一所示。74LS148功能表輸入輸出1××××××××11111011111111111100×××××××0000010

5、××××××01001010×××××011010010××××0111011010×××01111100010××011111101010×01111111100100111111111101芯片工作原理74LS148是8-3線優(yōu)先編碼器，其外引線排列如圖2所示。為8個信號輸入，低電平有效。為位代碼輸出（反碼輸出）。為選通輸入端，當=0時允許編碼；當=1時輸出和被封鎖，編碼被禁止。是選

6、通輸出端，級聯(lián)應用時，高位片的端與低位片的端相連接，可以擴展優(yōu)先編碼功能。為優(yōu)先擴展輸出端，級聯(lián)應用時可作為輸出位的擴展端。38線二進制顯示譯碼器74LS47簡介譯碼是編碼的逆過程，以碼器的功能與編碼器相反，它將具有特定含義的不同二進制代碼辨別出來，翻譯成對應的輸出信號。譯碼器也分成3類，二進制譯碼器如38線譯碼器74LS138。二十進制譯碼器可實現(xiàn)各種代碼之間的轉換，例如74LS145。顯示譯碼器，用來驅動各種數(shù)字顯示器，如共陽極數(shù)碼驅動器74LS47。圖3：74LS47譯碼器/驅動器外引線排列芯片工作原理74LS47是驅動共陽極數(shù)碼管的譯碼驅動器。其外引線排列如圖3所示。為了直接驅動指示燈

7、，74LS47的輸出是低電平作用的，即輸出為0時，對應字段點亮；輸出為1時，對應字段熄滅。A、B、C、D接收二進制碼輸入，的輸出分別驅動7段一碼管的a、b、c、d、e、f和g段。譯碼管有4個使能端，燈測試輸入、靜態(tài)滅燈輸入，動態(tài)滅零輸入、動態(tài)滅零輸出。74LS47功能表當接低電平是，譯碼器各段輸出低電平，數(shù)碼管7段全亮，因此可利用此段輸入低電平對數(shù)碼管進行測試。是動態(tài)滅零輸入使能端，當=1，=1，=0時，如果輸入數(shù)碼DCBA=0000，譯碼器各段輸出均為高電平，數(shù)碼管不顯示數(shù)字（但輸入其它數(shù)碼，數(shù)碼管仍顯示），并且滅零輸出為0。利用端，可對無意義的零進行消隱。是靜態(tài)滅燈輸入使能端，它與動態(tài)滅零

8、輸出共用一個輸出端，當=0，不論DCBA為何狀態(tài)，譯碼器各段輸出均為高電平，顯示器各段均不亮，利用可對數(shù)碼管進行熄滅或工作控制。是動態(tài)滅零輸出端，當=0、=0，、DCBA=0000時，且=0表示譯碼器處于滅零狀態(tài)。端的設置主要用于多個譯碼器級聯(lián)時，對無意義的零消隱。集成加法器74LS283功能簡介 全加器是實現(xiàn)二進制加運算的功能器件，然而人們更習慣于十進制的運算。用4位二進制加法器構成BCD碼加法器，當運算結果（和）小于或等于1001時，BCD碼加法與4位二進制加法結果相同；當和數(shù)大于1001，由于BCD碼是逢十進一，而4位二進制加法是逢十六進一，因此要在組間進位方式上加一個校正電路，即在4位

9、二進制數(shù)相加結果大于9時，電路在自動加6。如集成加法器74LS283圖4：74LS283外引線排列圖芯片工作原理集成加法器74LS283是4位二進制超前進位全加器。外引線排列如圖4所示。和分別為加數(shù)和被加數(shù)，為和數(shù)，為低位進位，為本進位。74LS283邏輯功能表輸入輸出ABLLLLLLLHHLLHLHLLHHLHHLLHLHLHLHHHLLHHHHHH4、集成芯片74LS00功能簡介由于編碼器輸出的為反碼，所以在編碼器輸出到加法器的中間加入了與非門用與對反碼的反相成為原碼。與非門芯片74LS00管腳如圖三圖5：74LS00外引線排列圖圖6中一，二，三，四非門和與非門。因為編碼器只能有一片工作，

10、在另一片不工作時其輸出端為高電平，因此二，三，四與非門對工作片來說相當非門的作用。2、電路圖設計及原理、功能說明數(shù)字顯示電路設計電路圖如圖6所示：圖6：數(shù)字顯示電路的組合電路圖電路工作原理（1）編碼、譯碼和顯示電路 16線4線編碼器輸入信號為，低電平有效，而且的優(yōu)先權最高，的優(yōu)先權最低。輸出、為4位二進制反碼(即00001111)?？捎玫谝黄妮斎攵?。分別接，第二片的接，顯然第一片的優(yōu)先權應高于第二片，只有當無信號時才允許第二片工作。因此，將第一片的選通輸出端和第二片的控制端相連，即可實現(xiàn)上述功能。通過與非門，將、取反。（2）基本門電路、全加器電路根據(jù)系統(tǒng)的要求，顯示輸入應為8421BCD碼，

11、可以采用加6的方法實現(xiàn)。當小于9時，直接輸入；當大于9時，將BCD碼加6(溢出后相當于減10)且十位進1，如圖23所示，由74LS74的真值表可知面三引腳置高電平。（3）實現(xiàn)數(shù)字顯示無效零滅燈 在完成電路基本功能的基礎上，我們探討了數(shù)字顯示部分高低位無效零滅燈的功能，將低位74LS148芯片的Ys連接到低位74LS47滅燈端，這樣在無輸入時Ys為低電平，使得低位數(shù)碼管滅燈，使低位的無效零消去。因為高位只輸出0或1，因此高位7447輸入端ABCD中，只有A的輸入電平產(chǎn)生變化，BCD均接地，且輸出0時，A輸入為低電平，輸出1時，A輸入為高電平，所以利用A進行高位的滅零，將A接入高位74LS47的滅

12、燈端口，這樣在應該顯示零時，高位均無顯示。如此，便達到了通電后高低位均無顯示，輸入0-9時只有低位顯示，10-15時高低位同時顯示，達到了滅零。在74LS47與數(shù)碼管之間應接有保護電阻。數(shù)碼管有7個發(fā)光二極管組成，發(fā)光二極管是一種半導體發(fā)光器件，其特性是正向壓降為1.61.8V，導通電流是520mA，當發(fā)光二極管接正向電壓（且大于正向壓降）是發(fā)光管導通并且發(fā)光，當發(fā)光二極管所接正向電壓小于正向壓降時，發(fā)光管不導通，不發(fā)光。使用發(fā)光二極管時要注意防止過高電壓直接加在發(fā)光二極管兩端形成大電流而燒壞二極管。一般在測量電路中串接限流電阻。在電路中，高電平值為5V，則電阻值為R= (5-1.8) / 0

13、.20=160即保護電阻取值在200左右，實驗中取220。電路實現(xiàn)的功能概述電路用兩片74LS148，第一片為高位輸入片，第二片為低位輸入片，在高位工作時，要求低位禁止工作。電路通過將高位片的選通輸出端接到低位片的控制輸入端，當高位片工作時輸出為高電平低位片不工作；當高位片不工作時，輸出為低電平，低位片工作，因此實現(xiàn)了高低位優(yōu)先級別。由于編碼器輸出的為反碼，所以在編碼器輸出到加法器的中間加入了與非門用與對反碼的反相成為原碼。因為編碼器只能有一片工作，在另一片不工作時其輸出端為高電平，因此三個與非門對工作片來說相當非門的作用。用4位二進制加法器構成BCD碼加法器，當運算結果（和）小于或等于100

14、1時，BCD碼加法與4位二進制加法結果相同；當和數(shù)大于1001，由于BCD碼是逢十進一，而4位二進制加法是逢十六進一，因此要在組間進位方式上加一個校正電路，即在4位二進制數(shù)相加結果大于9時，電路在自動加6。電路如圖5所示。電路高位片工作時，輸出為0，經(jīng)反相器后為=1。當，有一個為高電平時（=1，=1時為1010，即數(shù)字10）經(jīng)過三個與非門后輸出為高電平，所以加法器加6。同時高位譯碼器輸入0001，高位數(shù)碼顯示管顯示1。電路仿真實驗應用Multisim軟件對電路進行仿真，得到與預期結果相同的仿真結果，仿真圖如下。四、電路的焊接成型及工作檢測 電路的焊接采用單孔電路板，在電路板背面采用導線跳線與拖

15、焊相結合的方式將各元件連接，在焊接過程中要注意對應各芯片管腳，在正面和反面不要弄混元件的管腳。 焊接完成后應用實驗室提供的5V直流穩(wěn)壓電源對電路板各個功能進行測試，工作良好。五、實驗感想及問題（一），實驗中出現(xiàn)的問題：1.在顯示電路部分，即數(shù)碼管已經(jīng)顯示成功后，接通電源，測試74LS148的 輸入時，低位芯片兩側四個管腳顯示均為“0,1,2,3”，高位芯片兩側四個管腳顯示均為“8,9,10,11”，于是，開始用Multisim仿真，并查看各節(jié)點的電位，依次排查，最終發(fā)現(xiàn)，有一節(jié)點不慎與地線相連，改正后，成功顯示了從015的數(shù)字。 2.在開關也已焊接成功后，電路已可以成功顯示“0015”為完成無

16、用“0”的滅零工作，按照書上的講解，只需把高位74LS47的RBI接地，低位74LS47的RBI接高電平，但這在此電路中并不十分適用，于是，首先把低位的74LS47的RBI與低位的74LS148相接，這是因為： ，然后把高位的74LS47的RBI接地，這種連接在理論上應該是正確的，但在通電連接后，卻只有低位成功滅零，即在無輸入的情況下，數(shù)碼管無顯示，然后，我們又想到了一種比較簡單的方法，因為本次實驗只要求電路顯示“015”，也就是說高位上只會顯示“0或1”，我們希望在輸入為“09”時，高位不顯示“0”，即在此時高位滅零，而當數(shù)碼管在顯示“0“時，二極管“a,b,c,d,e,f”均為低電平，數(shù)碼

17、管在顯示“1”時，只有“b,c”為低電平，其他二極管均為高電平，所以我們在二極管“a,d,e,f”中，選擇一個與高位74LS47的滅零端相接，這樣，就可以使“0”被成功滅掉，但在仿真之后發(fā)現(xiàn)，二極管“a”處的電位為1.43V ，而滅零端需要的電位很低接近于0 ，所以，由于電位問題，高位的滅零再一次失敗。我們第三次嘗試的方法是把高位74LS47的滅零端與74LS47的A端相連，這是因為高位7447輸入端ABCD中，只有A的輸入電平產(chǎn)生變化，BCD均接地，且輸出0時，A輸入為低電平，輸出1時，A輸入為高電平，所以利用A進行高位的滅零，將A接入高位7447的滅燈端口，這樣在應該顯示零時，高位均無顯示

18、。 ，這次，我們終于取得了成功，成功對高，低位都滅零了。 （二），實驗感想：1這次實驗，我作為我們小組的組長，自然肩負著重任，首先，在認真研究了實驗電路圖和實驗原理之后，我利用Multisim軟件對電路圖進行了仿真，仿真成功以后，便開始投入實踐了，在中發(fā)買來原材料以后，開始了對電路板的焊接工作，在選擇電路板時，曾經(jīng)有過兩種選擇，第一種是選擇我們最終使用的這種的中號板，第二種是選擇兩塊小板子進行搭接，最后，我們對電路板進行布局排版之后，發(fā)現(xiàn)還是使用一塊電路板方便，簡潔一些，最終，我們選擇了這個中號單孔電路板。 其實，本次實驗的仿真，焊接過程還是比較容易的，但是，認真仔細，仍然是焊接過程中不可或缺

19、的要求，這次我們采取的是依據(jù)仿真電路圖從左往右依次焊接，焊完一個芯片，檢查一個芯片，用萬用表測試，看是否有短路現(xiàn)象，是否有虛焊開路的現(xiàn)象，雖然如此，我們?nèi)匀徊皇且淮尉秃附映晒α?，在顯示部分焊接完成，接通電源測試時，發(fā)現(xiàn)，兩片74LS148的兩側的四個輸入管腳顯示的數(shù)字相同，而實驗電路圖是正確的，芯片也驗證了，是正常工作的，于是，我又開始用仿真電路對各個焊接節(jié)點的電位進行依次排查，并在電路上進行測試，最終，發(fā)現(xiàn)有一節(jié)點不慎與地線相連，改正之后，電路成功顯示了。還有，本次實驗給我留下的印象比較深刻的地方，就是在最終滅零時，為了能夠使電路達到更高的標準，我們決定對其滅零，數(shù)電書上對這一部分有一定的講

20、解，我們按照書上提供的方法進行滅零的第一次嘗試，最終失敗了，于是，我們又對其進行了改進，低位的滅零還是比較容易就成功了，但是高位的滅零，我們嘗試了幾種做法，最終才得以成功，從這里我發(fā)現(xiàn)要善于利用芯片管腳的使能端和一些具備特殊功能的管腳，利用這些管腳的特殊性才控制一些電路的輸入，以達到要求。同時，在這個過程中，我也體會到了團隊合作的重要性，大家集思廣益，得效才會更快。最后，通過這次實驗，讓我學會了很多，作為一個大學生，僅僅學書本上的知識是遠遠不夠的，動手能力的培養(yǎng)，獨立思考的方法，以及協(xié)調整個團隊的分工合作，都是至關重要的，我覺得學院應多為我們安排一些有意思的實驗，這比只是一味的學習課本知識，完

21、成作業(yè)練習要有意義的多。2通過本次顯示電路從設計，仿真，購買原器件，到焊接，改錯，滅零，測試，我充分體會到了完成一個實驗的不易，每一個環(huán)節(jié)，我都積極參與，努力完成。最后的實驗成果也令我們十分的欣慰。本次實驗的設計，仿真，焊接都比較簡單，但是，在買原器件中遇到了第一個小問題，因為我們在本次實驗中使用的芯片74LS283比較偏，所以在中發(fā)的采購過程中，有許多商家都沒有這個芯片，遇到了一點小麻煩，不過很快就解決了。在實驗中遇到了第二個問題就是，板子的布局很重要，因為合理的布局會給焊接帶來很大的方便，也會使整個電路板看起來更加的清楚，美觀，但是因為本次電路圖的電路連線很多，以至于出現(xiàn)了多層的情況，所以

22、我們不能過多的使用拖焊的方式，只能用導線相連，雖然我們認為布局已經(jīng)比較合理了，但是，由于導線太多，最后還是比較雜亂。第三個出現(xiàn)的問題的出現(xiàn)是在顯示電路已經(jīng)焊接成功后，滅零的過程中發(fā)生的，按照課本上提供的方法和原理，我們連接電路后，發(fā)現(xiàn)并不能夠成功滅零，于是我們又進行了許多其他方法的嘗試，先從理論上進行推導，再用仿真軟件進行仿真，最后實物連接看是否能夠成功，低位的滅零比較順利，但高位的滅零則比較棘手，我們進行了很多方法的嘗試，最終我們采用的方法是，用74LS47的A輸出來控制其滅零端，終于實現(xiàn)了高位的滅零，在滅零成功后，我們覺得十分有成就感，也更加深刻的明白了實驗是檢驗真理的唯一標準這句話的真正含義，有時，課本上提到的方法并一定是正確的，或者說，只是在某些特定的場合下會是正確的。在整個電路板都焊接試驗成功以后，我們又對實驗板進行了美化，設計，最后使實驗板看起來更加簡單，整潔。從這次實驗中，我體會到，凡事都是看起來容易做起來就難了，本來，這個實驗的實驗原理和設計電路都挺簡單的，但在開始焊接后才發(fā)現(xiàn)原來并沒有那么簡單，合理的布局的重要性，認真仔細的必須性，思考創(chuàng)新的必要性，每一個環(huán)節(jié)都至關重要。最后，我們自認為