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。目录摘要：.......................................................................................................01.设计背景..................................................................................................11.1设计目的..........................................................................................11.2任务阐述..........................................................................................11.3任务分析..........................................................................................11.4课题项目管理计划进度表..................................................................12.设计方案....................................................................................................32.1系统方案设计...................................................................................32.2单元电路设计...................................................................................32.3完整电路设计...................................................................................53.方案实施..................................................................................................63.1系统仿真及性能分析.........................................................................63.2硬件制作与调试................................................................................64.结果与结论...............................................................................................74.1设计结果..........................................................................................74.2设计结论..........................................................................................75.收获与致谢...............................................................................................86.参考文献..................................................................................................97.附件.......................................................................................................100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011.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2017.3.122掌握设计软件、制订进度计划2017.3.12-2017.3.133系统方案的比较和选定，经济决策分析2017.3.13-2017.3.144单元电路设计、参数计算及元器件选择2017.3.14-2017.3.1625系统仿真及性能分析2017.3.16-2017.3.196仿真结果检查2017.3.19-2017.3.207系统硬件制作及调试2017.3.20-2017.3.248硬件制作结果检查2017.3.24-2017.3.269撰写课程设计说明书2017.3.26-2017.3.2832.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。555方波信号输出单元数码管动态显示单元顺序脉冲触发单元数码管译码单元图2-2用顺序脉冲发生器实现动态扫描显示系统框图数码管专用芯片输出单元数码管显示单元图2-1使用专用芯片实现动态扫描显示系统框图4振荡频率f=1𝑇1+𝑇2=1.43(𝑅1+2𝑅2)𝐶占空比q=𝑇1𝑇1+𝑇2=𝑅1+𝑅2𝑅1+2𝑅2器材选择：R1=1kΩ，R2=37KΩ，C=0.1uf2.顺序脉冲触发单元状态方程：nnnnQQQQ21010nnQQ011nnQQ112nnQQ213器件选择：74LS7474LS2074LS043.数码管译码单元CD4511真值表：表2-1真值表字符A0A1A2A311000201003110040010器件选择：CD45114.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图2-3逻辑图图2-4波形图52.3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。63.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。74.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,