数电课程设计-数码管显示控制器地设计与实现

1、目录引言11设计背景23342方案论证4443电路的设计与分析555678译码显示电路的设计与分析 910115心得与体会12引言显示器件是电子设备中不可缺少的局部，从灯泡，阴极射线管 CRT cathode-ray tube显示器，到发光二级管LED light-emittingdiode，液晶显示屏LCD Liquid CrystalDisplay ，显示器件的开展伴随着电子 技术的不断开展。目前，在小型便携式电子设备中，LED和LCD显示器件成为主要的显示器件，其中发光二级管和IJED数码管，主要用于状态指示和数字 字符显示，LCD主要用于文字和图形显示。LED数码管是用发光二级管组成字

2、 符笔画或点阵，用于显示简单字符和图形。最常用的是七段LED数码管，它用发光二级管组成数字字符 8的七段笔画，至少可以显示十六进制数字的十 六个字符，再加上一个小数点显示，常用于在电子设备上显示数字字符串。 其特点主要在于使用简单，价格低廉，显示亮度高，功耗小，器件可靠性很 高。本设计即利用逻辑芯片来实现数码管的控制显示根据条件，完成对数码管显示控制器的设计、装配与调试。1能自动一次显示出数字0、1、2、3、4、5、6、7、& 9自然数列，1、3、5、7、9（奇数列），0、2、4、6、8偶数列，0、1、0、1、2、3、4、5、6、7（音乐符号序列）；然后再从头循环；2打开电源自动复位，

3、从自然数列开始显示。本设计将采用几个根本的数字集成的 74系列74LS153,555丨芯片来完 成所需要的数字逻辑显示功能在七段数码管上按规律显示特定的数字 。本 设计具有逻辑清晰、设计巧妙的特点，能很好的符合课程设计的要求。该设计的关键是对74LS153的输入端的强制置数的处理，设计要求产生 奇数，实际上就是将第一个74LS153的1C1强制置1;要求产生偶数，实际上 就是把第一个74LS153的1C2强制置0；要求产生0-7的音乐符号，实际就是 把第二个74LS153的2C3强制置0;也就是说产生十进制的的计数一直是不变 的，它内部的技术依然是0-9的计数，我们只是在外部改变了它的输出而已

4、， 因此我们这个方案采用一个最简易的方案：两个74LS160和两个74LS153，一个555作脉冲产生之用，一片74LS48译码，一个七段数码管作显示。首先，用一个555构成多谐振荡器产生大约 1HZ的脉冲，脉冲可以使 74LS160正常工作循环产生09的十进制数作为74LS153的输入，用74LS160 的低两位输出作为两个74LS153的地址输入控制其输出。74LS160每循环0 9 一次就会产生进位输出为74LS16 0提供一个脉冲，使其计数一次，74LS16 0在 此处做为一个四进制的计数器。在脉冲作用下，74LS160的低两位循环产生00、01、10、11从而使74LS153输出相应

5、的十进制数再经 CD4511译码最终使 数码管按要求依次显示出数字 0、1、2、3、4、5、6、7、& 9自然数列，1、3、5、7、9奇数列，0、2、4、6、8偶数列和 0、1、0、1、2、3、4、5、6、7、0、1音乐符号数列，然后又依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列如此周而复始，不断循环。经以上的论证我们可知，这个方案在理论上分析是完全可行的，经我们 仿真之后验证，此方案是完全可行的。由设计要求依次显示自然数列1、2、3、4、5、6、7、8、9,奇数列1、3、5、7、9,偶数列 0、2、4、6、8,音乐数列 0、1、0、1、2、3、4、5、6、乙列出如下关系：自然数列

6、奇数列偶数列音乐数列00000001000000000001001100100001001001010100 0000001101110110 0001010010011000 00100101001101100100011101011000011010010111该设计的关键是对74LS153的输入端的强制置数的处理，设计要求产生 奇数，实际上就是将第一个74LS153的1C1强制置1;要求产生偶数，实际上 就是把第一个74LS153的1C2强制置0；要求产生0-7的音乐符号，实际就是 把第二个74LS153的2C3强制置0;也就是说产生十进制的的计数一直是不变 的，它内部的技术依然是0-9

7、的计数，我们只是在外部改变了它的输出而已。用一个555构成多谐振荡器产生大约1HZ的脉冲，脉冲可以使74LS160 正常工作循环产生09的十进制数作为74LS153的输入，用74LS161的低两 位输出作为两个74LS153的地址输入控制其输出。74LS160每循环0 9 一次 就会产生进位输出为74LS16 0提供一个脉冲，使其计数一次，74LS16 0在此处 做为一个四进制的计数器。在脉冲作用下，74LS160的低两位循环产生00、01、10、11从而使74LS153输出相应的十进制数再经 CD4511译码最终使数码 管按要求依次显示出数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9自然数列，1

8、、3、5、7、9奇数列，0、2、4、6、8偶数列和 0、1、2、3、4、5、6、7、 0、1音乐符号数列，然后又依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐 符号数列如此周而复始，不断循环。多谐震荡电路的设计与分析555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般 用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555定时器的电源电压 X围宽， 可在4.5V16V 工作，7555可在318V 工作，输出驱动电流约为 200mA因而其输出可与 TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器本钱低，性能可靠，只需要外接

9、几个电阻、电容，就可以 实现多谐振荡器、单稳态触发器与施密特触发器等脉冲产生与变换电路。 它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量与自动控制等方面。它内部包括两个电压比拟器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管 T与功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3555定时器的功能主要由两个比拟器决定。两个比拟器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，如此电压比拟器 A1的反相输入端的电压为2VCC /3 , A2的同相输入端的电压为 VCC /3。假如触发输入端 TR的电压小于 VCC /3，如此比 拟器A2的输出为1 ,可使

10、RS触发器置1 ,使输出端 OUT=1。如果阈 值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于 VCC/3，如此 A1的输出为1，A2的输出为0 ,可将RS触发器置0 ,使输出为0电 平。555定时器主要是与电阻电容构成充放电电路，并由两个比拟器来检 测电容上的电压以确定输出电压的上下和放电开关管的通断，可构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生电路。时钟信号的产生方式很多，本电路设计使用555定时器，555定种双极型中规模集成电路，只要在外部配上几个适当的阻容。元件和适当的电路连 接，就可构成多谐振荡器。该器件的电源电压为4.5V-18V，驱动电流也较大，并能提供与tt

11、l, MOS电路相兼容的逻辑电路。该设计用到了 74HC160两个计数器，其中74HC160用来产生09的十进制数 作为数据选择器的输入，74HC160的输出低两位作为数据选择器的地址选择其 实是将其作为了一个四进制的计数器，循环产生00、01、10、11进而控制了数据选择器的输出，终使数码管按要求产生循环数列。下面是最74hc160的介绍：异步清零端/MR1为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。160的预置是同步的。当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端 Q0-Q3与数据输入端P0-P3 一致。对于54/74160 ,当CP由低至高跳变或跳变前，如果计

12、数器控制端CEP CET为高电平，如此/PE应防止由低至高电平的跳变，而 54/74LS160无此种限制。160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。当CERCET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计 数器中出现的计数尖峰。对于 54/74LS160的CEP CET跳变与CP无关。当 计数溢出时，进位输出端TC输出一个高电平脉冲，其宽度为 Q0的高电平 局部。对于74LS160,在CP出现前，即使CEP CET /MR发生变化，电路的 功能也不受影响。引出端符号：TC进位输出端CEP计数控制端Q0-Q3输出端CET计数控制端CP时钟输入端上升沿有效

13、/MR异步去除输入端低电平有效/PE同步并行输入置数端低电平有效74LS153逻辑功能表表3-1 74LS153逻辑功能表输入输出BACoC1C2C3GY10000000010101000011011000010101110001110174hc160逻辑功能表表3-2 74hc160逻辑功能表计数顺序电路状态等效十进制进位输出Q3Q2Q1Q0C0000000100011020010203001130401004050101506011060701117081000809100191数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管 多一个发光二极管单元多一个小数点显示；按发光二极

14、管单元连接方式分 为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极 接到一起形成公共阳极（）的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极接到 +5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字 段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管 的阴极接到一起形成公共阴极（）的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极 接到地线GNDt，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就会 被点亮。该设计中选用的是七段数码管如图 3-2所示，为共阴极的，用CD4511 译码驱动器进展驱动，当电路开始正常工作后在该数码管上就会按设计要求 依次显示数字 0、

15、1、2、3、4、5、6、7、8、9自然数列，1、3、5、7、9 奇数列，0、2、4、6、8偶数列和 0、1、0、1、2、3、4、5、6、7音 乐符号数列，然后又依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数 列如此周而复始，不断循环。74LS48,译码驱计数器用来产生十进制计数，其输出端信号加到译码器输入端，经译码后可 以在输出端产生所需的控制信号。本电路计数器译码器采用动电路如图3-4。它们分别为可预置4位二进制同步可逆计数器和八选一数据 选择器。电路的工作原理是不规如此时钟脉冲信号加到计数器74LS160的计数向上引脚，计数器控自然忘序递增计数，其输出端Qd,Qc,Qa,Qb按自然忘序递增

16、到1000时，由于去除和Qd相连接当Qd为1时计数器清等然后又重复 递增计数，不断循环进展。而计数器的输出瑞Qc,Qb,Qa接到74LS153的输入端，在Qc, Qb, Qa的作用下价它们的每一种组合方式对应于输出端的一个引 脚状态.在任意时刻只有一个端口为高电平其余喘口全为低电平.而且这种变化同样是按照自然递增的顺序循环进展。根据这种结果，可以把每一路输出 用以控制半导体数码管从而可以达到循环显示数字的目的。4.电路仿真、调试与分析图4-3总电路仿真接通电源后数码管可以按要求依次循环显示出数字 0、1、2、3、4、5、6、 7、8、9自然数列，1、3、5、7、9奇数列，0、2、4、6、8偶数列 和0、1、0、1、2、3、4、5、6、7音乐符号数列，然后又依次显示出自然 数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列如此周而复始，不断循环。并且打开电源自动复位，从自然数列开始显示。这次的课程设计是一次难得的锻炼机会，让我们能够充分利用所学过的理 论知识还有自己的想象能力，另外还有学习查找资料的方法，以与自己处理 分析电路