数电课程设计报告-数码管显示控制器的设计实现分析.pdf

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1、-目录目录引 言 11 设计背景 21.1 设计任务 31.2 设计要求 31.3 指导思想 42 方案论证 42.1 方案说明 42.2 方案原理 43 电路的设计与分析 53.1 电路的总体设计 53.2 电路的原理框图 53.3 元电路的设计与分析 63.3.1 多谐振荡电路的设计与分析 73.3.2 计数电路的设计与分析 83.3.3 译码显示电路的设计与分析 94.1 脉冲产生电路的仿真 104.2 总电路的仿真 115 心得与体会 12-word.zl-引言引言显示器件是电子设备中不可缺少的局部，从灯泡，阴极射线管 CRT，cathode-ray tube显示器，到发光二级管LED

2、，light-emitting diode，液晶显示屏LCD，Liquid CrystalDisplay，显示器件的开展伴随着电子技术的不断开展。目前，在小型便携式电子设备中，LED 和 LCD 显示器件成为主要的显示器件，其中发光二级管和IJED 数码管，主要用于状态指示和数字字符显示，LCD 主要用于文字和图形显示。LED 数码管是用发光二级管组成字符笔画或点阵，用于显示简单字符和图形。最常用的是七段LED 数码管，它用发光二级管组成数字字符 8 的七段笔画，至少可以显示十六进制数字的十六个字符，再加上一个小数点显示，常用于在电子设备上显示数字字符串。其特点主要在于使用简单，价格低廉，显示

3、亮度高，功耗小，器件可靠性很高。本设计即利用逻辑芯片来实现数码管的控制显示1.1.设计背景设计背景1.11.1 设计任务设计任务根据条件，完成对数码管显示控制器的设计、装配与调试。1.21.2 设计要求设计要求-word.zl-1能自动一次显示出数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9自然数列，1、3、5、7、9(奇数列)，0、2、4、6、8偶数列，0、1、0、1、2、3、4、5、6、7(音乐符号序列)；然后再从头循环；2翻开电源自动复位，从自然数列开场显示。1.31.3 指导思想指导思想本设计将采用几个根本的数字集成的 74 系列74LS153,555芯片来完成所需要的数字逻辑显示功能在

4、七段数码管上按规律显示特定的数字。本设计具有逻辑清晰、设计巧妙的特点，能很好的符合课程设计的要求。2.2.方案论证方案论证2.12.1 方案说明方案说明该设计的关键是对 74LS153 的输入端的强制置数的处理，设计要求产生奇数，实际上就是将第一个74LS153 的 1C1 强制置 1；要求产生偶数，实际上就是把第一个 74LS153 的 1C2 强制置 0；要求产生 0-7 的音乐符号，实际就是把第二个74LS153的2C3强制置0；也就是说产生十进制的的计数一直是不变的，它部的技术依然是 0-9 的计数，我们只是在外部改变了它的输出而已，因此我们这个方案采用一个最简易的方案：两个74LS1

5、60 和两个 74LS153，一个 555作脉冲产生之用，一片 74LS48 译码，一个七段数码管作显示。2.22.2 方案原理方案原理首先，用一个 555 构成多谐振荡器产生大约 1HZ 的脉冲，脉冲可以使74LS160 正常工作循环产生 09 的十进制数作为 74LS153 的输入，用 74LS160的低两位输出作为两个 74LS153 的地址输入控制其输出。74LS160 每循环 09一次就会产生进位输出为 74LS160 提供一个脉冲，使其计数一次，74LS160 在-word.zl-此处做为一个四进制的计数器。在脉冲作用下，74LS160 的低两位循环产生 00、01、10、11 从

6、而使 74LS153 输出相应的十进制数再经 CD4511 译码最终使数码管按要求依次显示出数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9自然数列，1、3、5、7、9奇数列，0、2、4、6、8偶数列和0、1、0、1、2、3、4、5、6、7、0、1音乐符号数列，然后又依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列如此周而复始，不断循环。经以上的论证我们可知，这个方案在理论上分析是完全可行的，经我们仿真之后验证，此方案是完全可行的。3.3.电路的设计与分析电路的设计与分析3.13.1 电路的总体设计电路的总体设计由设计要求依次显示自然数列 1、2、3、4、5、6、7、8、9，奇数列1、3、5、7、

7、9，偶数列 0、2、4、6、8，音乐数列 0、1、0、1、2、3、4、5、6、7，列出以下关系：自然数列奇数列偶数列音乐数列000000010000000000010011001000010010010101000000001101110110000101001001100000100101001101100100-word.zl-011101011000011010010111通过上面的数列可发现如下规律：奇数列最末位都为 1；偶数列最末位都为0,音乐数列的最高位都为0.因此该设计的关键是对74LS153的输入端的强制置数的处理，设计要求产生奇数，实际上就是将第一个 74LS153 的 1C

8、1 强制置 1；要求产生偶数，实际上就是把第一个74LS153 的 1C2 强制置 0；要求产生 0-7 的音乐符号，实际就是把第二个74LS153 的 2C3 强制置 0；也就是说产生十进制的的计数一直是不变的，它部的技术依然是 0-9 的计数，我们只是在外部改变了它的输出而已。用一个 555 构成多谐振荡器产生大约 1HZ 的脉冲，脉冲可以使 74LS160正常工作循环产生 09 的十进制数作为 74LS153 的输入，用 74LS161 的低两位输出作为两个 74LS153 的地址输入控制其输出。74LS160 每循环 09 一次就会产生进位输出为 74LS160 提供一个脉冲，使其计数

9、一次，74LS160 在此处做为一个四进制的计数器。在脉冲作用下，74LS160 的低两位循环产生 00、01、10、11 从而使 74LS153 输出相应的十进制数再经 CD4511 译码最终使数码管按要求依次显示出数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9自然数列，1、3、5、7、9奇数列，0、2、4、6、8偶数列和 0、1、2、3、4、5、6、7、0、1音乐符号数列，然后又依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列如此周而复始，不断循环。3.23.2 电路的原理框图电路的原理框图-word.zl-555脉冲电路计数器数 据 选择器数 据 选择器译码电路数码管计数器3.33.3 元

10、电路的设计与分析元电路的设计与分析3.3.13.3.1 多谐震荡电路的设计与分析多谐震荡电路的设计与分析555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用 CMOS 工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555 定时器的电源电压围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器本钱低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器

11、广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。它部包括两个电压比拟器，三个等值串联电阻，一个RS 触发器，一个放电管T 及功率输出级。它提供两个基准电压 VCC/3 和 2VCC/3555 定时器的功能主要由两个比拟器决定。两个比拟器的输出电压控-word.zl-制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5 脚悬空时，那么电压比拟器A1 的反相输入端的电压为2VCC/3，A2 的同相输入端的电压为 VCC/3。假设触发输入端TR 的电压小于 VCC/3，那么比拟器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于2V

12、CC/3，同时 TR 端的电压大于 VCC/3，那么 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0电平。555 定时器主要是与电阻电容构成充放电电路，并由两个比拟器来检测电容上的电压以确定输出电压的上下和放电开关管的通断，可构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生电路。时钟信号的产生方式很多，本电路设计使用 555 定时器，555 定种双极型中规模集成电路，只要在外部配上几个适当的阻容。元件和适当的电路连接，就可构成多谐振荡器。该器件的电源电压为 4.5V-18V，驱动电流也较大，并能提供与 ttl,MOS 电路相兼容的逻辑电路。3.3.23.3.

13、2 计数电路的设计与分析计数电路的设计与分析该设计用到了 74HC160 两个计数器，其中 74HC160 用来产生 09 的十进制数作为数据选择器的输入，74HC160 的输出低两位作为数据选择器的地址选择其实是将其作为了一个四进制的计数器，循环产生 00、01、10、11 进而控制了数据选择器的输出，终使数码管按要求产生循环数列。下面是最 74hc160 的介绍：异步清零端/MR1 为低电平时，不管时钟端CP 信号状态如何，都可以完成清零功能。160 的预置是同步的。当置入控制器/PE 为低电平时，在CP 上升沿作用下，输出端Q0-Q3 与数据输入端 P0-P3一致。对于 54/74160

14、，当 CP 由低至高跳变或跳变前，如果计数器控制端 CEP、-word.zl-CET 为高电平，那么/PE 应防止由低至高电平的跳变，而54/74LS160 无此种限制。160 的计数是同步的，靠 CP 同时加在四个触发器上而实现的。当 CEP、CET 均为高电平时，在 CP 上升沿作用下 Q0-Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于 54/74LS160 的 CEP、CET 跳变与 CP 无关。当计数溢出时，进位输出端TC输出一个高电平脉冲，其宽度为 Q0 的高电平局部。对于 74LS160，在 CP 出现前，即使 CEP、CET、/MR 发生变化，电路的功能也不受影响。

15、引出端符号：TC进位输出端CEP计数控制端Q0-Q3输出端CET计数控制端CP时钟输入端上升沿有效/MR异步去除输入端低电平有效/PE同步并行输入置数端低电平有效74LS153 逻辑功能表表 3-174LS153 逻辑功能表输入BAC0C1C2C3G1输出Y0-word.zl-000011110011001101010101000000000101010174hc160 逻辑功能表表 3-274hc160 逻辑功能表计数顺序Q3012345678000000001Q2000011110Q1001100110Q0010101010012345678电路状态等效十进位输进制出C000000000-

16、word.zl-91001913.3.33.3.3 译码显示电路的设计与分析译码显示电路的设计与分析数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元多一个小数点显示；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极()的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极()的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极接到地线 GND 上，当某一字段发光二

17、极管的阳极为高电平时，相应字段就会被点亮。该设计中选用的是七段数码管如图 3-2 所示，为共阴极的，用 CD4511译码驱动器进展驱动，当电路开场正常工作后在该数码管上就会按设计要求依次显示数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9自然数列，1、3、5、7、9奇数列，0、2、4、6、8偶数列和 0、1、0、1、2、3、4、5、6、7音乐符号数列，然后又依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列如此周而复始，不断循环。计数器用来产生十进制计数，其输出端信号加到译码器输入端，经译码后可以在输出端产生所需的控制信号。本电路计数器译码器采用74LS48，译码驱-word.zl-动电路如图 3-

18、4。它们分别为可预置4 位二进制同步可逆计数器和八选一数据选择器。电路的工作原理是不规那么时钟脉冲信号加到计数器74LS160 的计数向上引脚，计数器控自然忘序递增计数，其输出端Qd,Qc,Qa,Qb 按自然忘序递增到 1000 时，由于去除和 Qd 相连接当 Qd 为 1 时计数器清等然后又重复递增计数，不断循环进展。而计数器的输出瑞 Qc,Qb,Qa 接到 74LS153 的输入端，在 Qc，Qb，Qa 的作用下价它们的每一种组合方式对应于输出端的一个引脚状态.在任意时刻只有一个端口为高电平其余喘口全为低电平.而且这种变化同样是按照自然递增的顺序循环进展。根据这种结果，可以把每一路输出用以

19、控制半导体数码管从而可以到达循环显示数字的目的。4.4.电路仿真、电路仿真、调试与调试与分析分析4.14.1 脉冲产生电路的仿真脉冲产生电路的仿真4.24.2 总电路仿真总电路仿真-word.zl-图 4-3总电路仿真4.34.3 运行结果分析运行结果分析接通电源后数码管可以按要求依次循环显示出数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9自然数列，1、3、5、7、9奇数列，0、2、4、6、8偶数列和 0、1、0、1、2、3、4、5、6、7音乐符号数列，然后又依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列如此周而复始，不断循环。并且翻开电源自动复位，从自然数列开场显示。5.5.心得与改良心得与改

20、良这次的课程设计是一次难得的锻炼时机，让我们能够充分利用所学过的理论知识还有自己的想象能力，另外还有学习查找资料的方法，以及自己处理分析电路、设计电路的能力。这次的课程设计让我们懂得了理论知识在实际中的用途，突然感觉自己学的东西很有用，我们觉得这样就可以激发我们以后的学习兴趣，这样有利于今后更好的学习。通过这次实践活动，我们增强了解决问题的能力，从中也发现了自己在动手操作方面的缺乏，为日后参加工作打下坚实的根底改良改良：可以采取更好的焊接技术，采取更加合理的布局.-word.zl-课程设计器件表电阻51k2 个3307 个1k1 个电容106(f)3 个芯片74hc101 片74hc1602 片74ls1531 片Cd45111 片Ne555p1 片共阴极七段 led 显示-word.zl-