数字动态扫描显示电路设计.docx
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数字动态扫描显示电路设计.docx
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数字动态扫描显示电路设计
湘潭大学
课程设计说明书
题目:
数字动态扫描显示电路设计
课程名称:
电子技术综合设计
学院:
信息工程学院
专业:
自动化
学号:
姓名:
指导教师:
完成日期:
2017年3月
课程设计任务书
设计题目
数字动态扫描显示电路设计
设计时间
2017.3
学生姓名
学号
班级
设计任务及要求:
设计任务:
(1)设计一个动态扫描显示电路,能够使各数码管按照一定的顺序轮流发光显示。
(2)振荡电路输出方波频率200Hz。
(3)采用D触发器设计顺序脉冲发生器,要求输出状态为0000-0001-0010-0100-1000-0000。
(4)显示译码器输入数据分别为1、2、3、4。
(5)利用顺序秒冲发生器的输出脉冲控制显示译码器的消隐控制端。
选做扩展功能:
设计一个数据生成电路,能用脉冲发生器的输出信号控制数据产生成路产生不同数据,并送至显示器。
基本要求:
(1)拟定数字动态扫描显示电路的组成框图,并对不同设计方案进行性能对比及经济决策分析;
(2)设计各单元电路,并用Multisim软件仿真;
(3)在通用电路板上焊接电路;
(4)测试系统的逻辑功能;
(5)写出设计报告。
设计报告要求:
写出详细地设计过程、调试步骤、测试结果分析及心得体会。
数字动态扫描显示电路设计
摘要:
动态扫描显示技术已被广泛应用。
为深入理解其工作原理,设计采用了一个环形计数器来作为动态扫描输出信号,通过译码器电路完成数码管显示,文章说明了具体设计和实现方式以及意义。
该设计对数字电路综合性、设计性实验的开发是一次成功学习。
关键词:
动态扫描显示;环形计数器;74LS47译码器
1.设计背景
1.1设计目的
1.掌握动态显示技术的工作原理及其应用;
2.掌握环形计数器电路、数码管译码器电路的知识;
3.了解数字电路知识;
4.通过实验培养学生的市场素质,工艺素质,自主学习的能力,分析问题解决问题的能力以及团队精神。
1.2任务阐述
1.设计一个动态扫描显示电路,能够使各数码管按照一定的顺序轮流发光显示。
2.振荡电路输出方波频率≥200Hz。
3.采用D触发器设计顺序脉冲发生器,要求输出状态为0000-0001-0010-0100-1000-0000。
4.显示译码器输入数据分别为1、2、3、4。
5.利用顺序秒冲发生器的输出脉冲控制显示译码器的消隐控制端。
1.3任务分析
根据设计任务要求考虑使各位数码管按照一定顺序轮流发光,故选择采用4个CD4511数码管译码器驱动数码管工作。
为使得数码管依次点亮,选择使用D触发器和门电路构成环形计数器来完成顺序脉冲发生器。
而驱动顺序脉冲发生器时钟信号采用555芯片输出方波较为方便,且波形稳定。
1.4课题项目管理计划进度表
序号
各阶段完成的内容
完成时间
1
查阅相关文献资料、课题调研
2017.3.12
2
掌握设计软件、制订进度计划
2017.3.12-2017.3.13
3
系统方案的比较和选定,经济决策分析
2017.3.13-2017.3.14
4
单元电路设计、参数计算及元器件选择
2017.3.14-2017.3.16
5
系统仿真及性能分析
2017.3.16-2017.3.19
6
仿真结果检查
2017.3.19-2017.3.20
7
系统硬件制作及调试
2017.3.20-2017.3.24
8
硬件制作结果检查
2017.3.24-2017.3.26
9
撰写课程设计说明书
2017.3.26-2017.3.28
2.设计方案
2.1系统方案设计
1.使用专用芯片实现动态扫描显示
图2-1使用专用芯片实现动态扫描显示系统框图
设计原理:
MAX7219是美国MAXIM(美信)公司推出的多位LED显示驱动器芯片。
它内含硬件动态扫描显示控制,每个芯片可驱动8个LED数码管。
我们通过将数码管专用芯片的输出单元与数码管显示单元相连接,可以实现多位数码管的动态显示。
经济决策分析:
MAX7219价格昂贵且不易购买。
2.用顺序脉冲发生器实现动态扫描显示
图2-2用顺序脉冲发生器实现动态扫描显示系统框图
设计原理:
555芯片工作在非稳态模式时可产生方波作为整个电路的触发信号;设计了一个由74LS74组成的环形计数器来作为动态扫描输出信号,4个D触发器的时钟脉冲连接在一起,通过控制CLK时钟频率来调节环形计数器的计数速率,从而可以得到不同频率的动态扫描信号;采用数码管专用译码芯片CD4511控制数码管要显示的数字;采用BS201共阴极数码管组成显示单元。
经济决策分析:
芯片价格合理,稳定性高,市场占有率大。
2.2单元电路设计
本电路由四部分组成:
1.555方波输出单元。
振荡频率
占空比
器材选择:
R1=1kΩ,R2=37KΩ,C=0.1uf
2.顺序脉冲触发单元
状态方程:
图2-3逻辑图
器件选择:
74LS7474LS2074LS04
图2-4波形图
3.数码管译码单元
CD4511真值表:
表2-1真值表
字符
A0
A1
A2
A3
1
1
0
0
0
2
0
1
0
0
3
1
1
0
0
4
0
0
1
0
器件选择:
CD4511
4.数码管显示单元
数码管显示电路采用共阴极接线。
器件选择:
BS201
2.3完整电路设计
图2-3完整电路图设计
工作原理说明:
1.555芯片工作在非稳态时可以输出一定频率和占空比的方波,将它的输出端接出作为电路的脉冲触发信号。
2.由两片74LS74芯片的4个D触发器和一定的与非门构成环形计数器,实现顺序脉冲触发,并将输出接至4个译码器的选通端。
输出占空比为555输出方波占空比的四分之一。
3.由4片CD11译码器与数码管直接相连,将对应的字符显示到相应数码管上。
由于各选通端的方波相位差依次为Π/2,且频率大于人眼可分辨的频率50Hz,所以可实现数码管的动态显示。
4.共阴极数码管的公共端接地,段选端置高即可点亮相应段位。
3.方案实施
3.1系统仿真及性能分析
系统仿真时可看到数码管动态显示数字1234,符合课题要求。
用示波器测试555定时器输出波形,可见稳定方波,频率大于200Hz;用示波器测试译码器选通端,可见稳定方波,频率大致为555输出方波频率的四分之一,且四个波形相位分别相差Π/2。
3.2硬件制作与调试
1.使用的主要仪器和仪表;
电烙铁,示波器,万用表,学生电源。
2.调试电路的方法和技巧;
用万用表检查VCC、GND是否有短路;用示波器检查555芯片的输出波形;用示波器检查译码器选通端波形。
焊接时分模块进行,每焊接完一个模块检查后再进行下一个,最后一个模块焊接完成后连接所有模块再次检查。
3.测试的数据和波形,并与理论计算结果进行分析比较;
555输出波形频率理论计算为192.4Hz,实际测试频率为173.5Hz;数码管闪烁频率理论计算为48.1Hz,实际测试频率为43.4Hz.
4.调试中出现的故障、原因及排除方法;
①上电前发现VCC、GND有短路现象,74LS74芯片的VCC均接到了GND,由万用表检查和观察发现。
②第一个数码管应显示“1”,但是未完全显示,因为有一个引脚未连接到译码器上,由排除、查引脚图和观察发现。
③“3”“4”显示顺序反了,译码器输入端接错了,由观察发现。
4.结果与结论
数字动态扫描显示电路,在数字显示领域中的应用越来越广泛,有简单的,也有复杂的;有用中规模集成电路实现的,也有用大规模集成电路实现的;有用纯硬件电路直接实现的,也有软硬件结合实现的。
本方案是间接控制法,即把位选通信号加至译码驱动器的消隐控制端,间接地控制LED的亮灭。
对静态显示的改进虽然能降低显示功耗,但不能简化电路,它仅适用于由通用数字集成电路构成的仪器。
本次实验对设计和应用同类电路有良好的借鉴作用和参考价值。
4.1设计结果
在误差允许范围内实现了数码管的动态显示。
4.2设计结论
通过输入电压和调节555定时器的输出频率,验证了数码管显示的频率值。
5.收获与致谢
通过这周的实训,我学习到了很多从前没有接触过的知识。
使我们把知识和动手实践有效的结合起来。
让我们也深深的体会到了动手和理论是密不可分的。
在实训中,我们认识了很多电动设备,了解了它们的性能,使用方法及作用。
它们为我们的生活带来了很多的便捷。
但这次实训也并不是一帆风顺。
周一检查仿真时指导老师指出我的数码管显示频率不够,原来是NE555电阻值的问题,回去后再次计算并修改了。
在做实物时也遇到了一些问题,通过自己的检查和跟同学们的讨论,最终元蛮王成了这次实训。
通过实训,同学们的友谊也增进了不少,很多不太会做的实验在同学们的帮助下完成了。
我们通过相互学习,相互沟通,一起研究,让很多的实验都做得相当的成功,心中的成就感与自豪感油然而生。
还有我们兢兢业业的老师,他们和我们一起忙活,看着围在他身边的那一圈圈的人,他也总会耐心的为我们讲解,直到我们听懂为止。
所以要特别感谢我们的老师!
老师,您辛苦了!
6.参考文献
[1]阎石.数字电子技术基础(第六版)[M].北京:
高等教育出版社,2016:
375-382.
[2]卢庆林.数字动态扫描显示电路设计[J].组合机床与自动化加工技术.2007,2
(2):
56-60.
[3]余江.动态扫描显示电路实验的设计与实习[J].实验科学与技术,2008,1(6):
85-86.
[4]卢庆林.数字电子技术基础实验与综合训练[M].北京:
高等教育出版社,2004.23-24
[5]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].北京:
电子工业出版社,2005.15-16
7.附件
附件列表:
1)问题回答记录
2)元器件清单
3)设计图纸(仿真图)
4)实物制作图
5)实物上电效果图
6)波形图
附件1:
问题回答记录表
学号:
2015500132姓名:
李文晴专业、班级:
15自动化4班
老师所提问题:
1、仿真检查
如何实现顺序脉冲触发的?
2、硬件检查
四个译码器的选通端的波形有什么特点?
学生回答问题:
1、设计一个了环形计数器来作为动态扫描输出信号,由4个D触发器构成,最后一个D触发器的Q端与第一个D触发器的D端连接在一起,从而构成一个左循环计数器,4个D触发器的时钟脉冲连接在一起,通过控制CLK时钟频率来调节环形计数器的计数速率,从而可以得到不同频率的动态扫描信号。
2、频率是555输出频率的1/4,各波形在相位上依次滞后90度。
附件2:
元器件清单
序号
器件名称
型号
数量
1
555定时器
NE555D
1
2
上升沿双D触发器
74LS74
2
3
四输入与非门
74LS20
1
4
反相器
74LS04
1
5
共阴极数码管
BS201
4
6
3-8译码器
CD4511
4
7
电容
0.1uf
1
8
电容
0.01uf
1
9
电阻
27K
1
10
电阻
10K
1
11
电阻
1K
1
附件三:
设计图纸
附图3-1
附图3-2
附图3-3
附件四:
实物制作图
附图4-1
附图4-2
附件五:
上电效果图
附图5-1
附件六:
波形图
附图6-1
附图6-2
设计成绩评定:
序号
考核内容
评定权重系数
评分
1
设计方案是否正确,是否有创新之处
0.2
2
仿真结果是否正确
0.2
3
硬件制作是否规范
0.1
4
硬件运行结果是否正确
0.2
5
口头表述是否清楚
0.1
6
设计报告是否规范、组织表述是否准确、清晰
0.2
加权总分
百分制成绩与等级制成绩对应关系如下:
90分(含)以上——优秀;80(含)-90之间——良好;70(含)-80之间——中等;60(含)-70之间——及格;60分以下——不及格。
总成绩:
指导教师:
年月日
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- 数字 动态 扫描 显示 电路设计