数电设计实验-数字显示电路

数字显示电路-2-数字电子技术实验——数字显示电路

一、设计任务与要求1．数字显示电路操作面板：左侧有16个按键，标号为0到15的数字，面板右侧有2个共阳极7段显示器；2.设计要求：按下小于10的按键后，右侧低位7段显示器显示数字，左侧高位7段显示器显示0；当按下大于9的按键后，右侧低位7段显示器显示个位数字，左侧7段显示十位数字1.若同时按下几个按键，优先级别的顺序是15到0。二、总体电路设计1．原理框图2.整体设计电路图3.电路整体分析本次电路大体可分为三部分：开关及编码部分、译码部分和数码管显示部分。整体思想是由左侧的16个开关控制信号的输入。信号输入后由编码器编码输出，再进入与非门和加法器进行逻辑运算。之后进入译码器进行译码，译码输出后的信号输入数码管输出数字。各部分电路具体的功能实现将在下面讲解。4.元件清单按键开关×168—3线优先编码器74LS148×24输入与非门×2四位二进制加法器×1显示译码器74LS47×2共阳极数码管×2导线等若干三、单元电路分析1.开关及编码部分本部分负责电路的开关信号的输入和编码。其中，16个按键开关分别对应的0至15的数字。由于所选用的74LS148编码器是低电平输入，所以我们将开关的初始状态连接高电平，改变状态连接低电平，开关公共端输出到编码器的输入端。由于我们要输入十六个数字，而一片74LS148只有8个输入端，故而选用两片级联的方式，即：将高位片的级联端EO与低位片的EI相连。这样开关信号的15至8依次进入高位片的D7至D0；开关信号的7至0依次进入低位片的D7至D0。由此实现16个信号的输入并且优先级别顺序是15到0。2．译码部分本部分的功能是通过与非门和加法器的逻辑运算，把编码器输出信号变成适合译码器的输入信号。所需完成的变换主要有三：编码器输出的信号是低电平有效，故需要把输出信号变成其反码。这由U3A到U3D四个与非门实现。将高低两位编码器的相同编号的输出端接到同一与非门的输入。由于两片编码器只有一片工作，另一片输出高电平，故而能实现取反的功能；控制高位译码器的输入：高位需要显示1时，此时通过U4A到U4C三个与非门可以实现输出为1。此高电平除输入给高位译码器外，还作为加法器的输入，帮助实现“加6”的功能；由于显示输入应是8421BCD码，而编码输出为十六进制的逢16进1。所以当开关输入大于9时，应通过74LS283加法器将输入加上6，这样在十六进制下产生进位，而使得低位输出与十进制相同。3．数码管显示部分此部分电路的功能为将前面的输入信号经过译码器译码后输出给数码管，显示出我们需要的数字。由于高位只需显示1或0，故而只需将高位译码器的A与U4C与非门的输出相连，其余接低电平。低位译码器的A至D分别与加法器的1至4输出口相连。译码器的a至f七位输出分别与数码管的a至f七位输入相连，此外由于是共阳极数码管，需将数码管的相应的端口接高电平。下图是共阳极和共阴极数码管的内部结构图，使用的时候一般译码器和数码管是想配合使用的即7447输出低有效应该和共阳极的数码管配合使用，7448输出是高电平有效，应该和共阴极数码管配合使用，否则应该在接入数码管前分别通过反相变换有效电平，如使用74LS00芯片。需要注意的是，数码管有7个发光二极管组成，发光二极管是一种半导体发光器件，其特性是正向压降为1.6至1.8V，导通电流是5至20mA，所以在使用数码管时要注意防止过高电压直接加在发光二极管两端形成大电流而烧坏二极管。我们选择在电路中串接限流电阻，阻值取270Ω。在实际焊接中，为了实现当高位只需显示数字0时灭灯，我们把高位译码器的BI/RBO端口接到输入端A。这样当给位译码器输入为低电平时可以不亮。四、焊接及测试过程1、在焊接前我们做了些准备工作，第一查询各元件的实际封装管脚图，如下图所示。第二，实际的管脚与逻辑图相差很大，为了防止焊接错漏，我们在动手焊接前之上设计好了与实际封装相符的设计电路，包括元件的摆放位置、导线的布置等。这样在焊接的时候线路就显得明了多了。焊接的时候我们步步为营，每焊接好一部分都检查是否有短路和虚焊的情况，减少出错的可能，争取一次成功以下是所用芯片的封装图：2、由于做好了充分前期准备工作，焊接还是挺顺利的，经过了一天多的工作板子焊接完了。但测试的时候还是发现显示有问题，出现了不规则的符号。结合逻辑分析，猜测有可能是一码部分的问题，因为那些不规则的符号在教材上可以找到，是未经译码的显示。后来仔细检查了焊接好的板子，发现74LS283相连接的导线漏了一根，还有一个应该拖焊到一起的管脚没有焊接。解决了这两个错误之后果然能按正确的优先级顺序正确显示数字了。五、设计的创新点显示的数字分别是01、02、03……我们就想能不能让数字前面的“0”在小于零的时候不显示呢。仔细的分析了芯片的功能经过讨论分析和仿真，结论是可以利用管脚“BI/RB