四外連體式數(shù)碼管控制電路設(shè)計(jì)

1、 中北大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)學(xué)生姓名： 唐三龍 學(xué) 號(hào)： 0805014150 學(xué) 院： 信息與通信工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 題 目： 四位連體式數(shù)碼管控制電路設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 程耀瑜 職稱(chēng): 教授 指導(dǎo)教師： 李文強(qiáng) 職稱(chēng): 講師 20011 年 1 月 7 日 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 2010/2011 學(xué)年第 一 學(xué)期學(xué) 院： 信息與通信工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 生 姓 名： 唐三龍 學(xué) 號(hào)： 0805014150 課程設(shè)計(jì)題目： 四位連體式數(shù)碼管控制電路設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 12月26日1月 7日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 中北大學(xué) 指 導(dǎo) 教 師： 程

2、耀瑜，李文強(qiáng) 系 主 任： 程耀瑜 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)1設(shè)計(jì)目的：本課程設(shè)計(jì)主要針對(duì)模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)課程要求，培養(yǎng)學(xué)生在查閱資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)用電路設(shè)計(jì)、計(jì)算、仿真、調(diào)試等多個(gè)環(huán)節(jié)的綜合能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生用課程中所學(xué)的理論獨(dú)立地解決實(shí)際問(wèn)題的能力。另外還培養(yǎng)學(xué)生用專(zhuān)業(yè)的、簡(jiǎn)潔的文字,清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：（1）掌握四位連體式數(shù)碼管的引腳，功能和工作原理；（2）掌握四位連體式數(shù)碼管控制電路的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試；（3）掌握方案設(shè)計(jì)與論證；（4）掌握用相關(guān)軟件進(jìn)行電路圖設(shè)計(jì)、仿真，以及對(duì)仿真結(jié)果的分析、總結(jié)

3、；3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：（1）提供核心器件的工作原理與應(yīng)用介紹；（2）提供用Protel99設(shè)計(jì)的電路原理圖，也可給出印刷板電路圖；（3）提供用Multisim、MaxPluss、Proteus等其他軟件對(duì)電路的仿真結(jié)果與分析；（4）提供符合規(guī)定要求的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；（5）提供參考文獻(xiàn)不少于三篇，且必須是相關(guān)的參考文獻(xiàn)； 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)4主要參考文獻(xiàn)：（1） 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，1998；（2） 王遠(yuǎn).模擬電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001；（3） 陳汝全.電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè).北京：機(jī)械工

4、業(yè)出版社，2003；（4） 畢滿(mǎn)清.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006；5設(shè)計(jì)成果形式及要求：（1）電路原理圖，仿真結(jié)果；（2）課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；6工作計(jì)劃及進(jìn)度：2010年 12月26日12 月28日：分析課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，查找資料，初步確定方案； 12月 29日12月30 日：論證、確定方案； 12 月31日2011年1月4 日：電路設(shè)計(jì)、計(jì)算、仿真，并完善設(shè)計(jì)與方案； 2011年1月5日1月6 日：整理資料，書(shū)寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；1月 7日： 答辯，提交課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。系主任審查意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日目 錄1概述.p12系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).p23系統(tǒng)模塊圖. p24系統(tǒng)功能介

5、紹. p25電路總體設(shè)計(jì).p26芯片選擇.p3 6.1 74161十六進(jìn)制譯碼器.p3 6.2 7448 7段譯碼器.p4 6.3 138 三八譯碼器.p5 6.4 四位連體式數(shù)碼管.p67輸入端模塊選擇.p78數(shù)碼管顯示模塊.p8 8.1 數(shù)碼管選擇控制電路.p8 8.2 數(shù)碼管顯示電路控制電路.p89 仿真結(jié)果 .p910 protel軟件中電路設(shè)計(jì)圖.p1011 課程設(shè)計(jì)感想 .p1112 參考文獻(xiàn) .p121概述數(shù)碼管是一類(lèi)顯示屏，通過(guò)對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流，會(huì)使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示時(shí)間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。 由于它的價(jià)格便宜、使用簡(jiǎn)單，在電器特別是家電

6、領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，空調(diào)、熱水器、冰箱等等。絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管，其他家電也用液晶屏與熒光屏。 數(shù)碼管是現(xiàn)在應(yīng)用較為廣泛的的集成芯片。我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的有時(shí)鐘顯示板，煤氣計(jì)費(fèi)表等。對(duì)于現(xiàn)在我們所能應(yīng)用的有自制秒表，自制溫度顯示器等，尤其在一些需要顯示的電路是集中應(yīng)用極為廣泛。此次課程設(shè)計(jì)我們就四位連體式數(shù)碼管的控制電路進(jìn)行研究，目的是達(dá)到對(duì)所學(xué)課程如模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)以及高頻電子等知識(shí)的鞏固和加深。同時(shí)也在盡可能地培養(yǎng)自己的思考能力，創(chuàng)造能力，當(dāng)然最重要的是解決所遇到的困難的能力。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)對(duì)于本電路的設(shè)計(jì)，我們采用對(duì)四位連體數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)控制和數(shù)碼管輸入控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要采用

7、數(shù)字電子技術(shù)中的知識(shí)，選擇合適的控制芯片。目的是讓數(shù)碼管輸出3、2、1、0字樣。當(dāng)74161輸出0000時(shí)7448輸入0000，138三八譯碼器輸出0選擇最右邊數(shù)碼管并且輸出0;當(dāng)74161輸出0001時(shí)7448輸入0001，138三八譯碼器輸出1選擇右二數(shù)碼管并且輸出1；當(dāng)74161輸出0010時(shí)7448輸入0010, 138三八譯碼器輸出2選擇左二數(shù)碼管并且輸出2；當(dāng)74161輸出0011時(shí)7448輸入0011，138三八譯碼器輸出3選擇左一數(shù)碼管并且輸出3。3系統(tǒng)模塊框圖4系統(tǒng)功能介紹通過(guò)74161十六進(jìn)制譯碼器以及7448 七段數(shù)碼管和138 三八譯碼器四位連體式數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)控制電路來(lái)顯

8、示控制電路中的特定輸入數(shù)據(jù)3、2、1、0。5電路總體設(shè)計(jì)：6主要芯片選擇一.74161十六進(jìn)制譯碼器: 1、工作原理：工作時(shí)，先由RD9481內(nèi)的發(fā)射電路發(fā)射微波功率，通過(guò)接于1，2腳的天線(xiàn)向外發(fā)射微波，遇到移動(dòng)物體被反射的微波信號(hào)由RD9481的1，2腳天線(xiàn)接收。經(jīng)微波接收電路、多普勒預(yù)處理放大器OP1放大，再由選通放大器OP2放大，送到由比較器組成的雙向鑒幅器，鑒別出有效觸發(fā)信號(hào)UB。COP1為比較器，當(dāng)UC0.3UDD時(shí)，COP1輸出低電平，通常與門(mén)電路亦輸出低電平，禁止UB向下級(jí)傳送；有移動(dòng)物體時(shí)，UB變?yōu)楦唠娖?，與門(mén)電路亦為高電平，啟動(dòng)狀態(tài)控制器，Uo輸出高電平。 RD9481的8腳

9、接低電平時(shí)，為不可重復(fù)觸發(fā)工作方式，在延遲時(shí)間內(nèi)任何移動(dòng)的物體信號(hào)均不起作用，直到延遲結(jié)束。延遲結(jié)束時(shí)，Uo變?yōu)榈碗娖?，同時(shí)啟動(dòng)封鎖定時(shí)器，在封鎖定時(shí)時(shí)間內(nèi)，任何移動(dòng)信號(hào)均不能使Uo變?yōu)楦唠娖?，從而提高了模塊的工作可靠性。8腳接高電平時(shí)，為可重復(fù)觸發(fā)工作方式，移動(dòng)的物體信號(hào)UB可重復(fù)觸發(fā)，使Uo變?yōu)楦唠娖?，并在延遲時(shí)間內(nèi)一直保持。2、特點(diǎn)：161 的清除端是異步的。當(dāng)清除端CLEAR 為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端CLOCK 狀態(tài)如何，即可完成清除功能。161 的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器LOAD 為低電平時(shí)，在CLOCK上升沿作用下，輸出端QAQD 與數(shù)據(jù)輸入端AD 相一致。對(duì)于54/74161，當(dāng)

10、CLOCK 由低至高跳變或跳變前，如果計(jì)數(shù)控制端ENP、ENT 為高電平，則LOAD 應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而54/74LS161無(wú)此種限制。161 的計(jì)數(shù)是同步的，靠CLOCK 同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)ENP、ENT 均為高電平時(shí)，在CLOCK 上升沿作用下QAQD 同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對(duì)于54/74161，只有當(dāng)CLOCk 為高電平時(shí)，ENP、ENT 才允許由高至低電平的跳變，而54/74LS161 的ENP、ENT 跳變與CLOCK 無(wú)關(guān)。161 有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（RCO）輸出一個(gè)高電平脈沖，其寬度為QA 的高電平部分。在不

11、外加門(mén)電路的情況下，可級(jí)聯(lián)成N 位同步計(jì)數(shù)器。對(duì)于54/74LS161，在CLOCk 出現(xiàn)前，即使ENP、ENT、CLEAR 發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。管腳圖：真值表:計(jì)數(shù)順序電路狀態(tài)等效十進(jìn)制進(jìn)位輸出CQ3 Q2 Q1 Q00123456789101112131415160 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 00123456789101112131415000000000000000010二

12、7448 七段譯碼器:1、特點(diǎn)：(1）七段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無(wú)效電平時(shí)，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見(jiàn)表1中116行。 （2）消隱功能（BI=0）此時(shí)BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1倒數(shù)第3行，無(wú)論LT 和RBI輸入什么電平信號(hào)，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，七段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。 （3）燈測(cè)試功能（LT = 0）此時(shí)BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號(hào)時(shí)

13、，表1最后一行，與 及DCBA輸入無(wú)關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個(gè)字段都點(diǎn)亮。該功能用于7段顯示器測(cè)試，判別是否有損壞的字段。 （4）動(dòng)態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）此時(shí)BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高電平信號(hào)，RBI 端輸入低電平信號(hào)，若此時(shí)DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個(gè)零。DCBA0，則對(duì)顯示無(wú)影響。該功能主要用于多個(gè)七段顯示器同時(shí)顯示時(shí)熄滅高位的零。2、管腳圖:3、真值表: 輸 入 輸 出 數(shù) 字A3 A2 A1 A0YaYbYc YdYeYfYg 字 形 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0 0 0 0 0 1

14、 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 11 1 1 1 1 1 00 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 10 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9三74138 三八譯碼器:1、特點(diǎn)：74HC138 作用原理于高性能的存貯譯碼或要求傳輸延遲時(shí)間短的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),在 高性能存貯器系統(tǒng)中,用這種譯碼器可以提高譯碼系統(tǒng)的效率

15、。將快速賦能電路用于高速存貯器時(shí),譯碼器的延遲時(shí)間和存貯器的賦能時(shí)間通常小于存貯器的典型存取時(shí)間,這就是說(shuō)由肖特基鉗位的系統(tǒng)譯碼器所引起的有效系統(tǒng)延遲可以忽略不計(jì)。HC138 按照三位二進(jìn)制輸入碼和賦能輸入條件,從8 個(gè)輸出端中譯出一個(gè) 低電平輸出。兩個(gè)低電平有效的賦能輸入端和一個(gè)高電平有效的賦能輸入端減少了擴(kuò)展所需要的外接門(mén)或倒相器,擴(kuò)展成24 線(xiàn)譯碼器不需外接門(mén);擴(kuò)展成32 線(xiàn)譯碼器,只需要接一個(gè)外接倒相器。在解調(diào)器應(yīng)用中,賦能輸入端可用作數(shù)據(jù)輸入端。2、管腳圖：3、真值表：輸 入輸 出S1 S2 S3A2 A1 A0Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y70 1 11 0 01 0

16、 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 0 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 1 1 0 1 1 1 11 1 1 1 0 1 1 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 1 1 04、四位連體式數(shù)碼管：（1）、特點(diǎn)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)

17、顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線(xiàn)控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印

18、象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。（2）、管腳圖：四位連體式數(shù)碼管內(nèi)部原理圖：7數(shù)據(jù)輸入端模塊控制利用74161芯片控制數(shù)據(jù)的輸入，起到對(duì)后面74138 三八譯碼器以及7448 七段譯碼器數(shù)據(jù)輸入的控制。思想是把74161連成4進(jìn)制。連線(xiàn)圖如下圖所示：輸出波形如下圖所示：Quartus2軟件仿真結(jié)果：8數(shù)據(jù)顯示模塊控制（1）、數(shù)碼管選擇控制：通過(guò)將74161的輸出傳入到138三八譯碼器當(dāng)中，由于74161連接成四進(jìn)制，三八譯碼器的的輸出分別為0、1、2、3。同時(shí)控制數(shù)碼管的選擇，輸出為0時(shí)最右邊的數(shù)碼管顯示，輸出為1時(shí)右二數(shù)碼管顯示以此類(lèi)推之。連接電路圖如下所示：輸出波形如下所示：Quartus2軟件仿真結(jié)果：（2）、數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)控制：74161連接7448 七段譯碼器。74161的輸出控制7448的輸入，使之依次輸出0、1、2、3。同時(shí)使根據(jù)138三八譯碼器的輸出數(shù)碼管選擇的數(shù)碼管顯示此時(shí)7448輸出的數(shù)據(jù)。電路連接圖如下所示：9仿真結(jié)果如下圖所示： （1）(2)(3)(4)10. Protel軟件