LED显示器动态扫描驱动电路

1、本科生课程设计（论文）I摘 要随着社会的不断进步，LED 在日常生活中尤为常见，随着计算机技术和电子技术的飞速发展和广泛应用,电器设备的输出显示技术也变得复杂多样。在这些显示当中,LED 数码管的显示电路较为简单,成本也较低,在功能单一的仪器仪表与机电设备中应用较广。对于 LED 显示器动态扫描驱动电路设计首先用 555 定时器产生固定频率的信号作为节拍发生器的时钟，将此时钟连到由 74LS160 接成的四进制加法计数器上，由具有八个译码输出端的 74LS138 作为数码管的译码器。其次，当 7447 引脚接到高电平时驱动共阴极七段 LED 数码管轮流显示对应数据。利用仿真软件验证设计的正确性

2、，当各引脚输出的高电平频率达到一定程度时，数码管呈现闪烁现象。关键词：定时器；数码管；译码器；本科生课程设计（论文）II目 录第 1 章 绪论 .11.1 LED 显示器动态扫描驱动电路的设计概况 .11.2 本文研究内容 .2第 2 章 LED 显示器动态扫描驱动电路设计.32.1 LED 显示器动态扫描驱动电路总体设计方案 .32.2 具体电路设计 .42.2.1 多谐振荡器电路设计 .42.2.2 计数器的设计 .42.2.3 译码器的电路设计 .52.2.4 共阴极 LED 动态驱动电路设计 .62.2.5 七段数码管的设计 .62.3 元器件型号选择 .72.4 MULTISIM仿真

3、图.8第 3 章 课程设计总结 .9参考文献 .10附录 .11附录 .12本科生课程设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 LED 显示器动态扫描驱动电路的设计概况随着计算机技术和电子技术的飞速发展和广泛应用,电器设备的输出显示技术也变得复杂多样,诸如 CRT 显示、LCD 显示、多位 LED 显示及发光二极管显示等应运而生。在这些显示当中,LED 及发光二极管显示电路较为简单,成本也较低,在功能单一的仪器仪表与机电设备中应用较广。但当设备显示的点或位较多时,就需要采用一定的驱动电路与相应的驱动方式。所谓动态显示就是让各位显示元件分时工作。若刷新的速度太高，显示元件的开关速度却不够高，以致在前

4、一个字符尚未完全熄灭的情况下，后续的字符段就点亮。若刷新的速度太慢时，将发生闪烁。因此刷新频率不要低于 100 HZ ，肉眼观察到的数码的显示情况将是连续的。利用动态显示法可以降低系统功耗，减少成本。在 LED 的驱动和显示单元的设计中,采用的方式有许多种:利用计算机芯片的端口作为 LED 的驱动口,并通过软件编程加外部驱动实现,缺点是占用计算机芯片的时间和相关资源；利用专用接口芯片如 Intel8155、8255 等作为计算机芯片的端口扩展,并通过软件编程加外部驱动实现,缺点是电路较复杂,功耗较大,也要占用计算机芯片的时间和相关资源；利用显示专用芯片如Intel8279、MAX7219、PS

5、7219 等,可实现较复杂的功能,但其占用计算机芯片端口还是较多,并且芯片价格较高。大多数显示驱动器都没有严格的总线时序,在强干扰环境下容易造成时序混乱,使显示不正常。1.2 本文研究内容对于 LED 显示器动态扫描驱动电路设计首先用 555 定时器产生固定频率的信号作为节拍发生器的时钟，将此时钟连到由 74LS160 接成的四进制加法计数器上，由具有八个译码输出端的 74LS138 作为数码管的译码器。其次，当 7447 引脚接到高电平时驱动共阴极七段 LED 数码管轮流显示对应数据。最后利用仿真软件验证设计的正确性，当各引脚输出的高电平频率达到一定程度时，数码管呈现闪烁现象。本科生课程设计

6、（论文）2第 2 章 LED 显示器动态扫描驱动电路设计2.1 LED 显示器动态扫描驱动电路总体设计方案方案一：方案一：本设计的电路可以使用集成芯片 74LS138、74LS160。对于74LS160 可以接成任意进制的加法计数器，再由 74LS138 译码器控制哪一个选通，从而实现设计要求的四位 LED 的显示屏的显示。对于本设计的要求实现动态驱动扫描，显然不能够满足，因此本设计不采用此方案。方案二：方案二：对于此电路的实现可以由 555 定时器产生时钟脉冲，通过计数器控制译码器，由译码器控制输出中间级使其数据传送到 LED 七段数码显示管。这里计数器采用 74LS160 设计成同步四进制

7、加法计数器，译码器采用74LS138 译码器。LED 显示按要求采用 4 位分立元件，其內部由多只发光二极管构成，按连接方式不同可分为共阳极 LED 与共阴极 LED，其电路特性基本一致：发光二极管导通压降为 1.2V1.8V，正向工作电流为 2mA15mA，本设计采用共阴极连接方式。在显示驱动方式中，采用集成芯片 7447 驱动。当扫描到公共端时，LED 驱动器分别对应输出 adp 的显示段，LED 就能正常显示。综上所述，对于 LED 显示器动态扫描驱动电路的设计采用方案二。总体设计框图如下：图 2.1 总体方案框图节拍发生器用于产生时钟脉冲，为后续电路提供脉冲信号；控制计数器用于控制整体

8、电路的循环次数；显示译码器的功能是将计数器给出的四组二进制 BCD码转换成相对应的地址码；显示器用于显示地址码相对应数字。节拍发生器控制计数器显示译码器显示器本科生课程设计（论文）32.2 具体电路设计2.2.1 多谐振荡器电路设计用 555 定时器连接成多谐振器，作为节拍发生器的时钟。如图 2.2 所示图 2.2 用 555 定时器构成的多谐振荡器2.2.2 计数器的设计计数器选用集成电路 74LS160 进行设计较方便。74LS160 是同步四位十进制加/减计数器,它具有同步清零、同步计数的功能。本设计需要应用74LS160 设计出同步四进制加法计数器，如图 2.3 所示本科生课程设计（论

9、文）4图 2.3 四进制加法计数器2.2.3 译码器的电路设计译码器选用集成电路 74LS138 进行设计比较简单。74LS138 的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号或另外一个代码。1、2、3 引脚接入输入信号，4、5、6 引脚接入 MREQ，其它引脚为编译后的输出，8 引脚接地，16 引脚接电源。其片子引脚图如图 2.4 所示。图 2.4 74LS138 引脚图本科生课程设计（论文）52.2.4 共阴极 LED 动态驱动电路设计动态驱动是将所有数码管使用一个专门的译码驱动器，使各位数码管逐个轮流受控显示，这就是动态驱动。由于扫描速度极快，显示效果与静态驱动相同，所

10、以可以用 7447 来驱动，7447 的引脚图如图 2.5 所示：图 2.5 7447 引脚图LED 显示器分类：（1）按字高分：笔画显示器字高最小有 1mm（单片集成式多位数码管字高一般在 23mm） 。其他类型笔画显示器最高可达 12.7mm（0.5 英寸）甚至达数百 mm。（2）按颜色分有红、橙、黄、绿等数种。（3）按结构分，有反射罩式、单条七段式及单片集成式。（4）从各发光段电极连接方式分有共阳极和共阴极两种。所谓共阳方式是指笔画显示器各段发光管的阳极（即 P 区）是公共的，而阴极互相隔离。所谓共阴方式是笔画显示器各段发光管的阴极（即 N 区）是公共的，而阳极是互相隔离的。该单元电路采

11、用共阴极连接方式。2.2.5 七段数码管的设计七段数码管在工业控制中有着很广泛的应用,例如用来显示温度、数量、重量、日期、时间，还可以用来显示比赛的比分等，具有显示醒目、直观的优点。七段数码管的具体工作原理可叙述如下：首先将数码管要显示的 8 分为七段如图 2.6所示。这七段分别由七个发光二极管构成，如图 2.7 所示。根据数码本科生课程设计（论文）6（0，1，2，3，4，5，6，7，8，9）来决定七段中的某一段或几段进行显示，例如如果数码为 0，则显示 0、1、2、3、4、5 段，即点亮 0、1、2、3、4、5 段。对于其它的数字我们依次类推。为了能以十进制数码直观地显示数字系统的运行数据，

12、目前广泛使用了七字符显示器，或称做七段数码管。这种字符显示器由七段可发光的线段拼合而成。常见的七段字符显示器有半导体数码管和液晶显示器两种。半导体数码管和液晶显示器都可以用 TTL 或 CMOS 集成电路直接驱动。为此，就需要使用显示译码器将 BCD 代码译成数码管所需要的驱动信号，以便使数码管用十进制数字显示出BCD 代码所表示的数值。图 2.6 七段 LED 显示器图 2.7 LED 显示器的等效电路图（共阴极）2.3 元器件型号选择所谓动态驱动实际就是分时点亮不同位置的数码管，由于人眼的惰性，当数码管熄灭的时间小于 1/25 秒=40ms 时，给人们感觉是一直被点亮。所以每位数码本科生课

13、程设计（论文）7管点亮时间 T=40ms/数码管位数；555 构成的多谐振荡器的周期 T=C(R1+2R2)3，取 R1=R2，C=0.01uF，由于设计时要考虑提供更高的驱动电流，才能满足亮度的要求。所以由 T=40ms, C=0.01uF, 3=0.69，计算出 R1=R2=193 K。由于 LED 显示器是以 LED 为基础的，所以它的光、电特性及极限参数意义大部分与发光二极管的相同。但由于 LED 显示器内含多个发光二极管，所以需有如下特殊参数：发光强度:由于数码管各段在同样的驱动电压时，各段正向电流不相同，所以各段发光强度不同。所有段的发光强度值中最大值与最小值之比为发光强度比。比值

14、可以在 1.52.3 间，最大不能超过 2.5。2.4 Multisim 仿真图由 555 定时器构成多谐振荡器，由此提供脉冲信号，脉冲信号通过译码器，由译码器输出后传给数码管。电路部分仿真效果图如下:图 2.8 电路部分仿真效果图本科生课程设计（论文）8第 3 章 课程设计总结我所设计的题目是 LED 显示器动态扫描驱动电路的设计，初次接触这个题目，难免觉得有些茫然，但是通过不断地查找书籍，翻阅资料，逐步的对此次设计的题目有的清晰的概念。通过近段时间的不断学习，我深刻的体会到理论联系实际的重要性，应且意识到在工作中要不断地用理论来指导实践，用实践来深化理论，做好这些的前提就是要深入掌握理论知

15、识，并且综合运用所学的基础知识理论和基础技能来分析解决实际问题，此过程不仅巩固了所学的知识，而且还扩大了专业知识面，为以后的工作打下基础。本科生课程设计（论文）9参考文献1 阎石主编.数字电子技术基础.北京高等教育出版社.2006 年 5 月 2 鲁宝春主编.数字电子技术基础学习指导.北京东北大学出版社.2012年 2 月3 郑学坚主编.微型计算机原理及应用.北京清华大学出版社.2011 年 3月4 王景利主编.电子技术基础实验.北京东北大学出版社.2011 年 1 月5 张玉璞主编.电子技术课程设计.北京理工大学出版社.2010 年 2 月6 郭海文主编. 电子实验技术. 中国矿业大学出版社.2008 年 5 月7 高吉祥 主编 电子技术基础实验与课程设计 电子工业出版社，2005 年8