多位LED掃描譯碼驅(qū)動(dòng)電路(共24頁(yè))

1、PAGE24 /17 電氣(dinq)信息學(xué)院多位LED掃描譯碼驅(qū)動(dòng)(q dn)電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告(bogo)課題名稱 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 專業(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 日目錄(ml)摘要(zhiyo)3一課程設(shè)計(jì)目的(md)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1

2、53.2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)(hngy)現(xiàn)在(xinzi)成為一個(gè)(y )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

3、數(shù)點(diǎn), 通常用來顯示時(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 (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 desi

4、gn.Its focus is on the LED dynamic scanning hardware design 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 com

5、bined by seven LED (light emitting diode) and the decimal 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(md)1)鞏固和加深所學(xué)電子(dinz)技術(shù)課

6、程的基本知識(shí)（數(shù)字部分和模擬部分），提高綜合運(yùn)用(ynyng)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)通過設(shè)計(jì)方案的分析比較、元件選擇及畫電路圖等環(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)書的要求編寫設(shè)計(jì)說明書，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、查閱資料，學(xué)會(huì)獨(dú)立思考等能力。二方案(fng n)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)(shj)一個(gè)能夠產(chǎn)生1Hz-2KHz頻率連續(xù)可調(diào)

7、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)(y )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)。2.1 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(shl): 如圖2-1所示左圖所示,電阻(dinz)的色標(biāo)是由左向右排列的，電阻為270000.5%而精密(jngm)電阻器的色

8、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17.51%。圖2-1 色環(huán)示例(shl)2.2二極管 二極管（國(guó)標(biāo)） 此次(c c)課程設(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(pnbi)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(jish)它的單向?qū)щ娞匦?，就是說 HYPERLINK /Article/dgjs/dgjc/

9、201006/1033.html 電流(dinli)只能(zh nn)從一邊過去，卻不能從另一邊過來(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)極。塑封二極管有圓環(huán)標(biāo)志的是負(fù)極，如IN4000系列。無標(biāo)記的二極管，則可用萬用表 HYPERLINK /Article/dzrm/dzyj/200709/82.html t _blank 電阻擋來判別正、負(fù)極，萬用表電阻擋示意圖見圖T304。2二極

10、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較大的電流，多用于檢波、小電流整流或高頻開關(guān)電路。面接觸二極管的工作 HYPERLINK /Article/dgjs/dgjc/201006/1033.html 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 HYPERLINK /Article/dgjs/dgjc/201006/

11、1033.html 電流和最大反向電壓。選用檢波二極管時(shí)，要求工作頻率高，正向電阻小，以保證較高的工作效率，特性曲線要好，避免引起過大的失真 3）二極管的功能(gngnng)及類型利用二極管單向?qū)щ姷奶匦?txng)，常用二極管作整流器，把交流電變?yōu)橹绷麟姡粗蛔尳涣麟姷恼胫?或負(fù)半周)通過(tnggu)，再用 HYPERLINK /Article/dzrm/dzyj/200709/86.html t _blank 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。二極管也用來做檢波器，把高頻信號(hào)中的有用信號(hào)“檢出來”，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

12、極管的類型也有好幾種，對(duì)于 HYPERLINK /Article/dzzz/Index.html t _blank 電子制作來說，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?？匆姷氖前l(fā)光二極管 2.3LED數(shù)碼管 此次(c c)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)(qsh)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(chn yn)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

13、發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起作為公共端，因此稱為共陽(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?，一般以不超過極限 HYPERLINK /Article/dgjs/dgjc/201006/1033.html 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

14、器件。表B314列出了幾種(j zhn)數(shù)碼管的參數(shù)。2.4 74LS161真值表和引腳圖管腳圖介紹(jisho)：時(shí)鐘(shzhng)CP和四個(gè)數(shù)據(jù)(shj)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=Q0Q1Q2Q3CET)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?yàn)楫惒綇?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

15、=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= Q0Q1Q2Q3CET。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74153里面(lmin)有兩個(gè)地址碼共用的4選1數(shù)據(jù)選擇器。通過輸入不同的地址碼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8 線譯碼器，共有(n yu) 54/74S138和 54/74LS138兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其工作(gn

16、gzu)原理如下： 當(dāng)一個(gè)(y )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)展成 24 線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。 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(somio)譯碼電路原理3.1多位LED掃描(somio)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)

17、；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CP44441D 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(chnshng)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(bjio)器方波產(chǎn)生電路3.3方波信號(hào)整形和調(diào)理(tio l)變換成脈沖信號(hào)由方波信號(hào)(xnho)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。

18、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(yxi)電路：（1）二位二進(jìn)制（四進(jìn)制）計(jì)數(shù)器電路(dinl)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)(shxin)；（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，驅(qū)動(dòng)4位七段共陰數(shù)碼管；（4）三線-八線譯碼器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

19、,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74LS138來控制，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，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。透過分時(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)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，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)碼管來說，每隔一段時(shí)間就點(diǎn)亮一次，由于人的“視覺暫留”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

20、眼就分辨不出來了。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。四.仿真(fn zhn)與調(diào)試仿真(fn zhn)電路圖 調(diào)試(dio sh)過程 調(diào)試過程中的問題(wnt)與解決方法通電(tng din)后數(shù)碼管不能工作解決方法(fngf)：我和組員一起(yq)把面包板上的接線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。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-8線譯碼器74LS1381片顯示