数字动态扫描显示电路的设计

1、、概述数字动态扫描显示电路是主要由实现信号输入和输出的译码器、 LED数码管、 555 多谐振荡器 , 节拍发生电路实现动态显示频率的振荡器与部分模拟器件构成的 一种电子产品， 显示则由四位 LED数码管显示， 该数字动态扫描显示电路的功能是 实现显示动态输入的四位数字。 数字动态扫描显示电路是由固定频率的信号做为节 拍发生起器的时钟， 由它控制节拍发生器各引脚的输出，使各引脚不断的输出高电 平影响各个数码管显示，只有在和译码器相连的引脚输出高电平时数码管发光， 否 则不发光。当各引脚输出高电平的频率达到一定程度时，感觉不到数码管的闪烁， 从而保护了数码管并且不会影响数据显示。、方案论证设计一

2、个动态扫描显示电路能够使四位数码管按照一定的顺序轮流地发光显示。方案一原理框图如图 1 所示数字开关编码器 译码器振荡器计数选择器显示器图 1 动态扫描显示电路的原理框图方案二：方案二原理框图如图 2 所示振荡器节拍发生器译码器显示电路图 2 动态扫描显示电路本设计采用的是方案二， 数字动态扫描显示主要由节拍发生器， 译码器，振荡器， 和显示器组成。中间实现数值的译码，显示器则实现数字的输出，相应的数字就在相 应的 LED 数码管显示， 当开关拔开时则相应的数码管熄灭。 数字动态扫描显示电路是 由固定频率的信号做为节拍发生器的时钟，由它控制节拍发生器各引脚的输出，使各 引脚不断的输出高电平影响

3、各个数码管显示，只有在和译码器相连的引脚输出高电平 时数码管发光，否则不发光。当各引脚输出高电平的频率达到一定程度时，感觉不到 数码管的闪烁，从而保护了数码管并且不会影响数据显示。三、电路设计1 振荡电路为了避免出现闪烁现象， 扫描频率不能太低， 人眼的临界闪烁是 50HZ，一般可将显示位数乘以 50HZ，作为节拍发生器的时钟。103.1k| ?R14RSTDISTHRTRICON10VVsclkOUT206.1k|R2GND10nFC10nFCf555_VIRTUALTimer图 3 多谐振荡电路 多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器， 也称矩形波发生器。“多谐”指矩 形波中除了基波成分

4、外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两 个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换， 由此产生矩形波脉冲信号， 常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。 用 555 定时 器构成的多谐振荡器图中电容 C、电阻 R1 和 R2作为振荡器的定时元件，决定着输出 矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端（ 2脚）和阀值输入（ 6 脚）与电容相 连；集电极开路输出端（ 7 脚）接 R1、R 相连处，用以控制电容 C的充、放电；外界 控制输入端（ 5 脚）通过 0.01uF 电容接地。电路接通电源的瞬间，由于电容 C来不及 充电， Vc=0v，所以 555 定时器

5、状态为 1，输出 Vo为高电平。同时，集电极输出端（ 7 脚）对地断开，电源 Vcc 对电容 C充电，电路进入暂稳，此后，电路周而复始地产生 周期性的输出脉冲。 多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于 RC充、放电回路的参数。 暂稳态的维持时间，即输出 Vo 的正向脉冲宽度 T10.7（R1+R2）C；暂稳态的维持 时间，即输出 Vo的负向脉冲宽度 T20.7R2C。因此，振荡周期 T=T1+T2=0.7（R1+2R2）C，振荡频率 f=1/T 。正向脉冲宽度 T1 与振荡周期 T 之比称矩形波的占空比 , 由上述条 件可得 D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使 R2R1，则 D1/2 ，

6、即输出信号的正负向脉冲 宽度相等的矩形波（方波） 。这里选用 555 震荡器构成的多谐振荡器输出的脉冲作为节拍发生器的时钟 .这里显示的是四位数字，所以本设计中取振荡器频率为 280HZ 2.节拍发生器2 4 7 101 5 6 9 11 12O0O1O2O3O4O5O6O7O8O9O5-9ClkCP1CP0MR14131017BT_10V150图 4 4017 构成节拍发4017是十进制计数分频器，它的内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输 出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是 Q0、Q1、Q2、Q9依次出现与时钟同 步的高电平，宽度等于时钟周期。 CD4017有 10 个输出端（ Q

7、0Q9）和 1 个进位输出 端 Q5-9。每输入 10 计数脉冲， Q5-9 就可得到 1 个进位正脉冲，该进位输出信号 可作为下一级的时钟信号。 CD4017有 3 个输（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在 MR端上加高电平或正脉冲时其输出 Q0为高电平，其余输出端（ Q1Q9）均为低电平。 CP0和 CPl 是 2 个时钟输入端， 若要用上升沿来计数， 则信号由 CP0端输入；若要用 下降沿来计数，则信号由 CPl 端输入。设置 2 个时钟输入端，级联时比较方便，可 驱动更多二极管发光由此可见， 当 CD4017有连续脉冲输入时， 其对应的输出端依次变 为高电平状态，故可直接用作顺

8、序脉冲发生器。 CD4017有两个时钟端 CP 和 EN，若用 时钟脉冲的上沿计数， 则信号从 CP 端输入； 若用下降沿计数， 则信号从 EN 端输入。 它的各输出端轮流输出高电平， 这样可控制与计数器相连的译码器输出 , 从而控制数码 管动态显示数据 . 具体电路由具有 10 个译码输出端的计数器 4017实现，这里只显示 4 位数字, 所以 4017的前四个输出端，由清零端 MR控制 Q1Q3四个引脚轮流的输出高电 平。当计数器计到四时 ,Q4 引脚输出高电平使 MR为高电平 ,计数器清零 . 如此循环 ,可 驱动数码管轮流发光显示相应的数字 .3.译码器译码器使用的是共阴极译码器 74

9、SL48.将 Q0Q3分别接到四个译码器的 BI 消隐输 入端，当哪一个引脚的输出为高电平时，该位译码器为高电平，可以驱动相应数码管 发光显示。其它的则暂时不发光 （注意用共阴极译码管时要接要接与之相对应的电阻， ）74LS48显示译码器是用来驱动显示器件的，以显示数字或字符的MSI 部件。显示译码器随显示器件的类型而异，与数码管相配的是 BCD十进制译码器，而常用的发光二极 管（LED）数码管、液晶数码管、荧光数码管等是由 7 个或 8 个字段构成字形的，因而 与之相配的有 BCD七段或 BCD八段显示译码器。U274LS48DA B C D L R B NG3548712661 31 21

10、 11 10 9 51 41VCC AOBO CO DOEO FO GO图 5 译码器 74LS48BCD 七段译码器的输入是一位 BCD码（以 D、C、B、A 表示），输出是数码管各段的驱动信号（以 OAOG表示）也称 47 译码器。若用它驱动共阴 LED数码管，则输出应为高有效，即输出为高（ 1）时，相应显示段发光。例如，当输入 DCBA=0100时， 应显示 4，即要求同时点亮 b、c、f 、g 段，熄灭 a、d、e 段，故译码器的输出应为 OAOG=011001，1 这也是一组代码，常称为段码。同理，根据组成 09这 10个字形的 要求可以列出 8421BCD七段译码器的真值表，见表

11、1。表 1 74LS48 真值表E1E2+E3ABCY0Y1Y2Y3 Y4Y5Y6 Y70 xxxx11111111x1xxx11111111100000111111110001101111111001011011111100111110111110100111101111010111111011101101111110110111111111104.数码管LED 数码管实际上是由七个发光管组成 7 字形构成的。这些段分别由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮， 以形成我们眼睛看到的 2 个 8 数码管字样了。如：显示一个“ 2”字，

12、那么应当是 a 亮 b 亮 g 亮 e 亮 d 亮 f 不亮 c 不亮 dp 不亮。 LED数码管有一般亮和超亮等不同之分， 也有 0.5 寸、1 寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成， 而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管 压降为 1.8V 左右，电流不超过 30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极 的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。 常用 LED数码管显示的数字和字符是 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A.B、C、D、E、 F。七段 LED 显示器也称数码管， 是具有发

13、光二极管组成的一个阵列， 七段 LDE 共 有九条引脚，其中 a b c d e f g dp八条引脚为二极管显示引脚， 最后一条引脚为数码管 的驱动引脚。CK U6U6图 6 LED 数码管常用的 LED 显示器有共阳极和共阴极两种结构， 共阳极就是第几脚引脚输入信号 为高电平时，相应的二极管就发亮， 如 a=1,则 a 发光二极管发光，共阴极就恰恰相反， 输入信号为低电平时， 相应引脚踩发亮。 本实验采用的是共阴极 （阴极真值表见表 2）表 2 显示真值表数字ABCDEFG01111110101100002110110131111001401100115101101161011111711

14、100008111111191111011四、性能的测试1. 多谐振荡电路测试表 1 多谐振荡电路测试数据表R1 值 (k )R2 值(k )C 值 ( F)频率（ Hz ）周期 （s）103.1206.20.01uF2800.0035调试振荡器电路（可用示波器观察振荡器电路产生的信号）图 7 示波器显示周期2. 节拍发生器电路测试 调试节拍发生器电路，将振荡电路产生的信号加入到节拍发生器的时钟输入端， 用示波器观察各引脚的输出。3. 数码显示电路 调试数码显示电路。给数码管接相应数字看其显示的二进制数字是否正确五、结论该设计的功能是用于显示四位数字的动态扫描显示。只要地址变化周期大于 24

15、次/ 秒，人的眼睛就无明显闪烁感， 就能实现动态扫描显示。 动态接口采用各数码管循环轮流显示的方法，当循环显示频率较高时，利用人的暂留特性，看不出闪烁显示现 象，这种显示需要一个接口完成字形码的输出（字形选择），另一接口完成各数码管 的轮流点亮（数位选择）。通过译码器的编译，再经过振荡器与计数器的选择信号和 数码管的导通，后编译的信号再传入译码器译码，通过译码传入LED数码管，最终实现 LED数码管的显示。该数字动态扫描显示电路的功能是实现显示动态输入的四位数 字。六、性价比综合各种因素来看，该方案所设计的电路比较经济实惠。虽然由于该电路中的元 气件价格低廉但电路的总体性能比较稳定，效果很好，

16、由此可见该方案的性价比还是 很高的，满足实验需求甚至可以投入到生产使用中。七、课设体会及合理化建议通过这次对数字数字动态扫描显示电路的设计与仿真，让我了解了设计电路的程 序，也让我了解了关于数字动态扫描电路的基本原理与设计理念，要设计一个电路总 要先仿真成功之后才实际接线的。 但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样， 因为， 再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在 实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找 出最适合的设计方法。此外，本实验也可通过 EDA 软件 Multisim10 实现。通过这次 学习，让我对这种电路都有了

17、大概的了解，所以说，实践才是检验真理的标准，才能 使自己得到锻炼，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。在整个设计过程中总共分为四大部分。第一步是电路的设计与论证分析，第二步 是在仿真软件上进行仿真与分析，第三步是元器件操作，第四步是整个电路板的调试 与之后的总结工作。本次设计的电路工作状态良好，所有芯片都能正常工作，电路可 以实现任意四位数的动态扫描与显示。本次设计的电路整体来说还算满意，因为毕竟 是第一次动手设计，有两点不满意之处一处是第一段数码管 f 段不亮调试了好多次， 第二拨译码器的连接不是很完美，考虑不周全。我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资

18、料、原理， 以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。这样会有助于我们进一步的进 入状态，完成设计，并且在做完之后能给我们解释一下做成的电路如何应用，我认为 这也是非常重要的。7参考文献阎石主编数字电子技术基础 M 北京：高等教育出版社， 2006年杨志忠主编 电子技术课程设计 M 北京：机械工业出版社， 2008年彭华林等编 . 数字电子技术 . 长沙：湖南大学出版社， 2004 年；马义忠等编 . 数字电路逻辑设计 . 北京：人民邮电出版社， 2009年；金唯香等编 . 电子测试技术 . 长沙：湖南大学出版社， 2004 年；附录 I 总电路图VCC5VCAKBCDEFGU8 CAKBCDEFGR3876543121X8SIP4.7kU9VCCVCC A