多位LED掃描譯碼驅(qū)動(dòng)電路參考模板

1、 電氣信息學(xué)院多位LED掃描譯碼驅(qū)動(dòng)電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱(chēng) 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 12級(jí)電氣自動(dòng)化02班 學(xué) 號(hào) 1204190224 學(xué)生姓名 王嬉嬉 指導(dǎo)教師 鄭寬磊 評(píng) 分 2014年 5 月 26日至 6 月 15 日I / 25目錄摘要3一課程設(shè)計(jì)目的4二方案分析與選擇42.1電阻42.2 二極管62.3 LED數(shù)碼管92.4 74LS161 . 102.5 74LS153112.6 74LS138122.7 CD4511.13三.多位LED譯碼掃描驅(qū)動(dòng)電路原理153.1設(shè)計(jì)多位LED譯碼驅(qū)動(dòng)電路框圖153.2方波產(chǎn)生電路153.3方波轉(zhuǎn)化成脈沖信號(hào)163.4LED動(dòng)態(tài)掃描和

2、驅(qū)動(dòng)電路163.5LED動(dòng)態(tài)掃描原理17四.仿真與調(diào)試18五.元件清單.20六心得體會(huì).20七參考文獻(xiàn).21摘 要LED（Light Emitting Diode）行業(yè)現(xiàn)在成為一個(gè)快速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)， 市場(chǎng)空間巨大，前景廣闊。本文介紹了多位LED掃描譯碼驅(qū)動(dòng)電路，其中著重介紹了LED動(dòng)態(tài)掃描的硬件設(shè)計(jì)思路、硬件電路各個(gè)部分的功能及原理、及詳細(xì)的使用說(shuō)明和工作流程。LED數(shù)碼管是利用7個(gè)LED（發(fā)光二極管）外加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的LED組合而成的顯示設(shè)備. LED數(shù)碼管可以顯示09等10個(gè)數(shù)字和小數(shù)點(diǎn), 通常用來(lái)顯示時(shí)間、速度、系統(tǒng)狀態(tài)等。關(guān)鍵詞: LED數(shù)碼管 動(dòng)態(tài)掃描 譯碼器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.課程設(shè)計(jì)的目的1)鞏固和加深所學(xué)電子技術(shù)課程的基本知識(shí)（數(shù)字部分和模擬部分），提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力。2)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和團(tuán)隊(duì)合作能力。3)通過(guò)設(shè)計(jì)方案的分析比較、

6、元件選擇及畫(huà)電路圖等環(huán)節(jié)初步掌握設(shè)計(jì)的原理和仿真軟件的使用。4)提高學(xué)生的動(dòng)手能力掌握常用儀器設(shè)備的正確使用方法，學(xué)會(huì)對(duì)簡(jiǎn)單實(shí)用電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試。5)了解與課題有關(guān)的電路以及元器件的工作原理，能按課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，能正確反映設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成果，能正確繪制電路固等。6)培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)課題需要選用參考書(shū)、查閱資料，學(xué)會(huì)獨(dú)立思考等能力。二方案分析與選擇首先使用集成運(yùn)放構(gòu)造成振蕩電路，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠產(chǎn)生1Hz-2KHz頻率連續(xù)可調(diào)的方波信號(hào)；對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行信號(hào)整形和調(diào)理，得到一個(gè)可供數(shù)字電路使用的脈沖信號(hào)；脈沖信號(hào)送給數(shù)字電路部分，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)和譯碼控制電路對(duì)多位LED顯示器的動(dòng)態(tài)掃描和驅(qū)動(dòng)。2.

7、1 電阻此次課程設(shè)計(jì)，我們只用了 1個(gè)1K 的電阻，1個(gè)5.1K的電阻，兩個(gè)10K電阻，兩個(gè)20K電阻，一個(gè)200K電阻和一個(gè)200k滑動(dòng)變阻器 ，一部分用作負(fù)載，另一部分用來(lái)分壓。關(guān)于電阻，下面介紹一下關(guān)于色環(huán)的知識(shí)。這樣，我們就不用每次都去拿萬(wàn)用表讀數(shù)了。以下是色環(huán)顏色所代表的數(shù)字或意義示例: 如圖2-1所示左圖所示,電阻的色標(biāo)是由左向右排列的，電阻為27000±0.5%而精密電阻器的色環(huán)標(biāo)志用五個(gè)色環(huán)表示。第一至第三色環(huán)表示電阻的有效數(shù)字，第四色環(huán)表示倍乘數(shù)，第五色環(huán)表示允許偏差。右圖所示的電阻為17.5±1%。圖2-1 色環(huán)示例2.2二極管 二極管（國(guó)標(biāo)） 此次課程

8、設(shè)計(jì)，我們用到的是穩(wěn)壓二極管關(guān)于二極管，下面介紹一下二極管的判別及參數(shù)。 1).簡(jiǎn)述 半導(dǎo)體是一種具有特殊性質(zhì)的物質(zhì)，它不像導(dǎo)體一樣能夠 完全導(dǎo)電，又不像絕緣體那樣不能導(dǎo)電，它介于兩者之間，所以稱(chēng)為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體最重要的兩種元素是硅(讀“gu”)和鍺(讀“zh”)。二極管最明顯的性質(zhì)就是它的單向?qū)щ娞匦?，就是說(shuō)電流只能從一邊過(guò)去，卻不能從另一邊過(guò)來(lái)(從正極流向負(fù)極)。2)半導(dǎo)體二極管的極性判別及選用(1) 半導(dǎo)體二極管的極性判別一般情況下，二極管有色點(diǎn)的一端為正極，如2AP12AP7，2AP112AP17等。如果是透明玻璃殼二極管，可直接看出極性，即內(nèi)部連觸絲的一頭是正極，連半導(dǎo)體片的一頭是負(fù)

9、極。塑封二極管有圓環(huán)標(biāo)志的是負(fù)極，如IN4000系列。無(wú)標(biāo)記的二極管，則可用萬(wàn)用表電阻擋來(lái)判別正、負(fù)極，萬(wàn)用表電阻擋示意圖見(jiàn)圖T304。2二極管的選用通常小功率鍺二極管的正向電阻值為300500，硅管為1k或更大些。鍺管反向電阻為幾十千歐，硅管反向電阻在500k以上(大功率二極管的數(shù)值要大得多)。正反向電阻差值越大越好。點(diǎn)接觸二極管的工作頻率高，不能承受較高的電壓和通過(guò)較大的電流，多用于檢波、小電流整流或高頻開(kāi)關(guān)電路。面接觸二極管的工作電流和能承受的功率都較大，但適用的頻率較低，多用于整流、穩(wěn)壓、低頻開(kāi)關(guān)電路等方面。選用整流二極管時(shí)，既要考慮正向電壓，也要考慮反向飽和電流和最大反向電壓。選用檢

10、波二極管時(shí)，要求工作頻率高，正向電阻小，以保證較高的工作效率，特性曲線(xiàn)要好，避免引起過(guò)大的失真 3）二極管的功能及類(lèi)型利用二極管單向?qū)щ姷奶匦?，常用二極管作整流器，把交流電變?yōu)橹绷麟?，即只讓交流電的正半?或負(fù)半周)通過(guò)，再用電容器濾波形成平滑的直流。事實(shí)上好多電器的電源部分都是這樣的。二極管也用來(lái)做檢波器，把高頻信號(hào)中的有用信號(hào)“檢出來(lái)”，老式收音機(jī)中會(huì)有一個(gè)“檢波二極管”，一般用2AP9型鍺管。二極管的類(lèi)型也有好幾種，對(duì)于電子制作來(lái)說(shuō)，常常用到以下的二極管： 用于穩(wěn)壓的穩(wěn)壓二極管，用于數(shù)字電路的開(kāi)關(guān)二極管，用于調(diào)諧的變?nèi)荻O管，以及光電二極管等，最?？匆?jiàn)的是發(fā)光二極管 2.3LED數(shù)碼管

11、此次課程設(shè)計(jì)，我們用到了四共陰極LED數(shù)碼管。 數(shù)碼管其實(shí)也是由發(fā)光二極管所構(gòu)而成的，下面介紹一下構(gòu)成和參數(shù)。常用的LED數(shù)碼管如圖所示。它是利用發(fā)光二極管的制造工藝，由7個(gè)條狀管芯 和一個(gè)點(diǎn)狀管芯的發(fā)光二極管制成。LED數(shù)碼管有兩種不同的結(jié)構(gòu)形式，其等效電路分別如圖所示。各段發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起作為公共端，因此稱(chēng)為共陽(yáng)極數(shù)碼管。工作時(shí)應(yīng)當(dāng)將陽(yáng)極連電源正極，各驅(qū)動(dòng)輸入端通過(guò)限流電阻接相應(yīng)的譯碼驅(qū)動(dòng)器的輸出。當(dāng)譯碼驅(qū)動(dòng)器的輸出為低電平時(shí)，數(shù)碼管相應(yīng)的段變亮。LED數(shù)碼管各段發(fā)光二極管的伏安特性與普通二極管類(lèi)似，只是正向壓降稍大，在正向電流達(dá)到適當(dāng)大小時(shí)就能發(fā)光。在一定范圍內(nèi)，發(fā)光亮度和正向電

12、流的大小近似成正比，但正向電流應(yīng)小于允許的最大電流，并應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，一般以不超過(guò)極限電流的70%為宜。因此，它的驅(qū)動(dòng)輸入端和譯碼電路或電壓源相連時(shí)，應(yīng)當(dāng)串接合適的限流電阻，以免損壞器件。表B314列出了幾種數(shù)碼管的參數(shù)。2.4 74LS161真值表和引腳圖管腳圖介紹：時(shí)鐘CP和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置數(shù)PE數(shù)據(jù)輸出端Q0Q3以及進(jìn)位輸出TC.   (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)從74LS161功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端CR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候

13、為異步復(fù)位功能。當(dāng)CR=“1”且LD=“0”時(shí)，在CP信號(hào)上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加1。74LS161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。2.5 74LS153的真值表和引腳圖<74ls153引腳圖> 74153里面有兩個(gè)地址碼共

14、用的4選1數(shù)據(jù)選擇器。通過(guò)輸入不同的地址碼A1，A0，可以控制輸出Y選擇4個(gè)輸入數(shù)據(jù)D0D3中的一個(gè)2.6 74LS138的引腳圖和真值表74HC138管腳圖:74LS138 為3 線(xiàn)8 線(xiàn)譯碼器，共有 54/74S138和 54/74LS138兩種線(xiàn)路結(jié)構(gòu)型式，其工作原理如下：      當(dāng)一個(gè)選通端（G1）為高電平，另兩個(gè)選通端（/(G2A)和/(G2B)）為低電平時(shí)，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。     利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可級(jí)聯(lián)擴(kuò)

15、展成 24 線(xiàn)譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 32 線(xiàn)譯碼器。     若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器2.7 CD4511的真值表和原理圖三多位LED掃描譯碼電路原理3.1多位LED掃描譯碼電路設(shè)計(jì)框圖方波產(chǎn)生電路信號(hào)整形首先使用集成運(yùn)放構(gòu)造成振蕩電路，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠產(chǎn)生1Hz-2KHz頻率連續(xù)可調(diào)的方波信號(hào)；對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行信號(hào)整形和調(diào)理，得到一個(gè)可供數(shù)字電路使用的脈沖信號(hào)；脈沖信號(hào)送給數(shù)字電路部分，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)和譯碼控制電路對(duì)多位LED顯示器的動(dòng)態(tài)掃描和驅(qū)動(dòng)。和調(diào)理控制電路S1S0四位四選一數(shù)據(jù)選擇器方波CP444

16、41D 2D 3D 4D41位LED譯碼驅(qū)動(dòng)器74位LED顯示電路3.2方波產(chǎn)生電路利用集成運(yùn)放構(gòu)成遲滯比較器產(chǎn)生方波信號(hào)，測(cè)量所產(chǎn)生方波信號(hào)的頻率，并記錄觀察其波形圖1 遲滯比較器方波產(chǎn)生電路3.3方波信號(hào)整形和調(diào)理變換成脈沖信號(hào)由方波信號(hào)得到0和+5V高低電平脈沖信號(hào)，用示波器觀察原始方波信號(hào)以及整形和調(diào)理后的脈沖信號(hào)，完整記錄。圖2 脈沖信號(hào)電路3.4LED動(dòng)態(tài)掃描和驅(qū)動(dòng)電路該部分包括以下電路：（1）二位二進(jìn)制（四進(jìn)制）計(jì)數(shù)器電路部分，利用四位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器161的D1和D0實(shí)現(xiàn)；（2）兩片雙四選一數(shù)據(jù)選擇器153部分實(shí)現(xiàn)4位LED數(shù)據(jù)的輸入；（3）一片顯示譯碼驅(qū)動(dòng)器CD4511，

17、驅(qū)動(dòng)4位七段共陰數(shù)碼管；（4）三線(xiàn)-八線(xiàn)譯碼器138，在計(jì)數(shù)器的控制下依次送給數(shù)碼管共陰端低電平，實(shí)現(xiàn)多位LED的掃描和點(diǎn)亮。圖3 LED動(dòng)態(tài)掃描和驅(qū)動(dòng)電路3.5 LED動(dòng)態(tài)掃描原理數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極通過(guò)74LS138來(lái)控制，位元選通由CD4511控制，我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位元就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。透過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)

18、態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1ms到2ms，LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示就是一個(gè)一個(gè)地輪流點(diǎn)亮各個(gè)數(shù)碼管，對(duì)于每一個(gè)LED數(shù)碼管來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間就點(diǎn)亮一次，由于人的“視覺(jué)暫留”現(xiàn)象及發(fā)光二極體的“余輝效應(yīng)”， 采用循環(huán)掃描的方式，分時(shí)輪流選各數(shù)碼管的公共端，使數(shù)碼管輪流導(dǎo)通顯示。當(dāng)掃描速度達(dá)到一定程度時(shí)，人眼就分辨不出來(lái)了。盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的 速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，認(rèn)為各數(shù)碼管是同時(shí)發(fā)光的。盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的

19、。四.仿真與調(diào)試仿真電路圖 調(diào)試過(guò)程 調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題與解決方法1. 通電后數(shù)碼管不能工作解決方法：我和組員一起把面包板上的接線(xiàn)重新按照電路圖檢查一遍，檢查出芯片的引腳接錯(cuò)還有-12V電源插錯(cuò)插孔。2. 第三第四數(shù)碼管a二極管不亮解決方法：我和組員用示波器檢查了方波產(chǎn)生電路，結(jié)果正常。然后又檢查74LS138輸出脈沖，結(jié)果也正常，我們檢查不出哪里出了錯(cuò)誤，我們請(qǐng)其他的同學(xué)幫忙檢查，同學(xué)檢查出是數(shù)碼管的連線(xiàn)出了錯(cuò)誤，改正后正常工作。五.器件清單模擬部分運(yùn)算放大器TL082或者TL084（4運(yùn)放）1片電阻1K1個(gè)5.1 K1個(gè)10K2個(gè)20K2個(gè)200K1個(gè)可調(diào)電阻100K或200K1個(gè)4.3V穩(wěn)壓管IN4731A2個(gè)整流二極管IN40071個(gè)電容330nf 或者 220nf1個(gè)數(shù)字部分2輸入與非門(mén)74LS001片4位同步計(jì)算器74LS1611片雙四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS1532片3線(xiàn)-8線(xiàn)譯碼器74LS1381片顯示譯碼器CD4511或者74LS481片共陰數(shù)碼管BS2014支六.心得體會(huì)剛開(kāi)始做這個(gè)課程設(shè)計(jì)