多位LED扫描译码驱动电路

1、 电气信息学院多位LED扫描译码驱动电路课程设计报告课题名称 电子技术课程设计 专业班级 12级电气自动化02班 学 号 1204190224 学生姓名 王嬉嬉 指导教师 郑宽磊 评 分 2014年 5 月 26日至 6 月 15 日22 /17目录摘要3一课程设计目的4二方案分析与选择42.1电阻42.2 二极管62.3 LED数码管92.4 74LS161 . 102.5 74LS153112.6 74LS138122.7 CD4511.13三.多位LED译码扫描驱动电路原理153.1设计多位LED译码驱动电路框图153.2方波产生电路153.3方波转化成脉冲信号163.4LED动态扫描和

2、驱动电路163.5LED动态扫描原理17四.仿真与调试18五.元件清单.20六心得体会.20七参考文献.21摘 要LED（Light Emitting Diode）行业现在成为一个快速发展的新兴产业， 市场空间巨大，前景广阔。本文介绍了多位LED扫描译码驱动电路，其中着重介绍了LED动态扫描的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、及详细的使用说明和工作流程。LED数码管是利用7个LED（发光二极管）外加一个小数点的LED组合而成的显示设备. LED数码管可以显示09等10个数字和小数点, 通常用来显示时间、速度、系统状态等。关键词: LED数码管 动态扫描 译码器ABSTRACTLED

3、(Light Emitting Diode) industry has now become a fast-growing emerging industry. The market has big and broad prospects. Based on a number of LED scan decoding drive circuit , this article describes the LED Dynamic scan display and interface design.Its focus is on the LED dynamic scanning hardware d

4、esign ideas, features and principles of the various parts of the hardware circuit, and the corresponding software programming, as well as detailed instructions for use and work progress.As a new display, LED digital tube is one display device combined by seven LED (light emitting diode) and the deci

5、mal point LED.LED digital tube can be displayed 0 to 9 total 10 digits and decimal points,Usually its used to display time, speed and system state widely.Keywords: Light Emitting Diode dynamic scanning the decoder一.课程设计的目的1)巩固和加深所学电子技术课程的基本知识（数字部分和模拟部分），提高综合运用所学知识的能力。2)培养学生独立思考和团队合作能力。3)通过设计方案的分析比较、

6、元件选择及画电路图等环节初步掌握设计的原理和仿真软件的使用。4)提高学生的动手能力掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会对简单实用电路的实验调试。5)了解与课题有关的电路以及元器件的工作原理，能按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路固等。6)培养学生根据课题需要选用参考书、查阅资料，学会独立思考等能力。二方案分析与选择首先使用集成运放构造成振荡电路，设计一个能够产生1Hz-2KHz频率连续可调的方波信号；对方波信号进行信号整形和调理，得到一个可供数字电路使用的脉冲信号；脉冲信号送给数字电路部分，实现计数和译码控制电路对多位LED显示器的动态扫描和驱动。2.

7、1 电阻此次课程设计，我们只用了 1个1K 的电阻，1个5.1K的电阻，两个10K电阻，两个20K电阻，一个200K电阻和一个200k滑动变阻器 ，一部分用作负载，另一部分用来分压。关于电阻，下面介绍一下关于色环的知识。这样，我们就不用每次都去拿万用表读数了。以下是色环颜色所代表的数字或意义示例: 如图2-1所示左图所示,电阻的色标是由左向右排列的，电阻为27000±0.5%而精密电阻器的色环标志用五个色环表示。第一至第三色环表示电阻的有效数字，第四色环表示倍乘数，第五色环表示允许偏差。右图所示的电阻为17.5±1%。图2-1 色环示例2.2二极管 二极管（国标） 此次课程

8、设计，我们用到的是稳压二极管关于二极管，下面介绍一下二极管的判别及参数。 1).简述 半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够 完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，所以称为半导体。半导体最重要的两种元素是硅(读“gu”)和锗(读“zh”)。二极管最明显的性质就是它的单向导电特性，就是说电流只能从一边过去，却不能从另一边过来(从正极流向负极)。2)半导体二极管的极性判别及选用(1) 半导体二极管的极性判别一般情况下，二极管有色点的一端为正极，如2AP12AP7，2AP112AP17等。如果是透明玻璃壳二极管，可直接看出极性，即内部连触丝的一头是正极，连半导体片的一头是负

9、极。塑封二极管有圆环标志的是负极，如IN4000系列。无标记的二极管，则可用万用表电阻挡来判别正、负极，万用表电阻挡示意图见图T304。2二极管的选用通常小功率锗二极管的正向电阻值为300500，硅管为1k或更大些。锗管反向电阻为几十千欧，硅管反向电阻在500k以上(大功率二极管的数值要大得多)。正反向电阻差值越大越好。点接触二极管的工作频率高，不能承受较高的电压和通过较大的电流，多用于检波、小电流整流或高频开关电路。面接触二极管的工作电流和能承受的功率都较大，但适用的频率较低，多用于整流、稳压、低频开关电路等方面。选用整流二极管时，既要考虑正向电压，也要考虑反向饱和电流和最大反向电压。选用检

10、波二极管时，要求工作频率高，正向电阻小，以保证较高的工作效率，特性曲线要好，避免引起过大的失真 3）二极管的功能及类型利用二极管单向导电的特性，常用二极管作整流器，把交流电变为直流电，即只让交流电的正半周(或负半周)通过，再用电容器滤波形成平滑的直流。事实上好多电器的电源部分都是这样的。二极管也用来做检波器，把高频信号中的有用信号“检出来”，老式收音机中会有一个“检波二极管”，一般用2AP9型锗管。二极管的类型也有好几种，对于电子制作来说，常常用到以下的二极管： 用于稳压的稳压二极管，用于数字电路的开关二极管，用于调谐的变容二极管，以及光电二极管等，最常看见的是发光二极管 2.3LED数码管

11、此次课程设计，我们用到了四共阴极LED数码管。 数码管其实也是由发光二极管所构而成的，下面介绍一下构成和参数。常用的LED数码管如图所示。它是利用发光二极管的制造工艺，由7个条状管芯 和一个点状管芯的发光二极管制成。LED数码管有两种不同的结构形式，其等效电路分别如图所示。各段发光二极管的阳极连在一起作为公共端，因此称为共阳极数码管。工作时应当将阳极连电源正极，各驱动输入端通过限流电阻接相应的译码驱动器的输出。当译码驱动器的输出为低电平时，数码管相应的段变亮。LED数码管各段发光二极管的伏安特性与普通二极管类似，只是正向压降稍大，在正向电流达到适当大小时就能发光。在一定范围内，发光亮度和正向电

12、流的大小近似成正比，但正向电流应小于允许的最大电流，并应留有适当的裕量，一般以不超过极限电流的70%为宜。因此，它的驱动输入端和译码电路或电压源相连时，应当串接合适的限流电阻，以免损坏器件。表B314列出了几种数码管的参数。2.4 74LS161真值表和引脚图管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0Q3以及进位输出TC.   (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候

13、为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。2.5 74LS153的真值表和引脚图<74ls153引脚图> 74153里面有两个地址码共

14、用的4选1数据选择器。通过输入不同的地址码A1，A0，可以控制输出Y选择4个输入数据D0D3中的一个2.6 74LS138的引脚图和真值表74HC138管脚图:74LS138 为3 线8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138两种线路结构型式，其工作原理如下：      当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。     利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩

15、展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。     若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器2.7 CD4511的真值表和原理图三多位LED扫描译码电路原理3.1多位LED扫描译码电路设计框图方波产生电路信号整形首先使用集成运放构造成振荡电路，设计一个能够产生1Hz-2KHz频率连续可调的方波信号；对方波信号进行信号整形和调理，得到一个可供数字电路使用的脉冲信号；脉冲信号送给数字电路部分，实现计数和译码控制电路对多位LED显示器的动态扫描和驱动。和调理控制电路S1S0四位四选一数据选择器方波CP444

16、41D 2D 3D 4D41位LED译码驱动器74位LED显示电路3.2方波产生电路利用集成运放构成迟滞比较器产生方波信号，测量所产生方波信号的频率，并记录观察其波形图1 迟滞比较器方波产生电路3.3方波信号整形和调理变换成脉冲信号由方波信号得到0和+5V高低电平脉冲信号，用示波器观察原始方波信号以及整形和调理后的脉冲信号，完整记录。图2 脉冲信号电路3.4LED动态扫描和驱动电路该部分包括以下电路：（1）二位二进制（四进制）计数器电路部分，利用四位二进制同步加法计数器161的D1和D0实现；（2）两片双四选一数据选择器153部分实现4位LED数据的输入；（3）一片显示译码驱动器CD4511，

17、驱动4位七段共阴数码管；（4）三线-八线译码器138，在计数器的控制下依次送给数码管共阴端低电平，实现多位LED的扫描和点亮。图3 LED动态扫描和驱动电路3.5 LED动态扫描原理数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极通过74LS138来控制，位元选通由CD4511控制，我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动

18、态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为1ms到2ms，LED数码管动态显示就是一个一个地轮流点亮各个数码管，对于每一个LED数码管来说，每隔一段时间就点亮一次，由于人的“视觉暂留”现象及发光二极体的“余辉效应”， 采用循环扫描的方式，分时轮流选各数码管的公共端，使数码管轮流导通显示。当扫描速度达到一定程度时，人眼就分辨不出来了。尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的 速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，认为各数码管是同时发光的。尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的

19、。四.仿真与调试仿真电路图 调试过程 调试过程中的问题与解决方法1. 通电后数码管不能工作解决方法：我和组员一起把面包板上的接线重新按照电路图检查一遍，检查出芯片的引脚接错还有-12V电源插错插孔。2. 第三第四数码管a二极管不亮解决方法：我和组员用示波器检查了方波产生电路，结果正常。然后又检查74LS138输出脉冲，结果也正常，我们检查不出哪里出了错误，我们请其他的同学帮忙检查，同学检查出是数码管的连线出了错误，改正后正常工作。五.器件清单模拟部分运算放大器TL082或者TL084（4运放）1片电阻1K1个5.1 K1个10K2个20K2个200K1个可调电阻100K或200K1个4.3V稳压管IN4731A2个整流二极管IN40071个电容330nf 或者 220nf1个数字部分2输入与非门74LS001片4位同步计算器74LS1611片双四选一数据选择器74LS1532片3线-8线译码器74LS1381片显示译码器CD4511或者74LS481片共阴数码管BS2014支六.心得体会刚开始做这个课程设计