《数字电子产品设计与制作》课件-项目5 人机交互显示与驱动设计

1.常见的显示元器件数字电子产品设计与制作一、了解常见的显示元件二、正确认识和选用LED显示屏及LCD显示屏学习目标一、常见的显示技术常见的显示技术LED显示技术LCD显示技术8段数码管LED点阵屏段码屏点阵屏二、LED显示屏1.8段数码管共阴极数码管共阳极数码管dp二、LED显示屏GNDDPABCDFEABCDFE二、LED显示屏能显示简单的数字和符号二、LED显示屏2.LED点阵屏

LED点阵屏由若干个独立的LED组成，LED以矩阵的形式排列，图示为一个8X8点阵屏，及其内部接线图。+-二、LED显示屏LED点阵屏的特点：有单色和彩色屏之分。按使用场景分室内屏。户外屏和半户外屏。需设计专用的驱动，如FPGA等。三、液晶显示屏（LCD）1.LCD段码屏段码液晶屏是属于LCD液晶屏的一种。它具有功耗低、价格低、使用寿命长、图案精细、抗干扰能力强等特点。三、液晶显示屏（LCD）段码液晶屏的特点：图形固定，省成本而且好看。但是它只能显示固定字符，需专门定制，几乎不能用到其他产品上。三、液晶显示屏（LCD）2.LCD点阵屏点阵式液晶是按照一定规则排列起来的列阵，它里面是由很多个点组成的，通过控制这些点来显示想要显示的图形或者汉字，并可以实现屏幕上下左右滚动，动画功能。160212864四、数字钟显示元件的选择显示元件成本单位（元）数码管0.38X8LED点阵屏5LCD段码屏101602液晶屏8选择数码管作为数字钟的显示元件。2.数码管选型数字电子产品设计与制作一、数码管的结构数码管选型需要确定的参数二、数码管的极性三、数码管显示的颜色四、数码管的尺寸封装一、确定数码管的结构数码管按结构分为：一位数码管、两位数码管、三位数码管、四位数码管等。一、确定数码管的结构一位数码管abcdefgDP一、确定数码管的结构二位数码管一、确定数码管的结构三位数码管一、确定数码管的结构四位数码管一、确定数码管的结构数字钟数码管结构的确定：从结构上考虑，一位数码管电路结构简单，不涉及到位选，设计方便，因此本设计选择一位数码管。二、确定数码管的极性共阴极数码管和共阳极数码管的本质区别就是共阳极数码管公共端与VCC相连，共阴极数码管公共端与GND相连，它们使用方法基本相同，只是使用不同驱动芯片进行驱动。本设计根据设计者的设计习惯选择共阴极数码管。三、数码管的外观尺寸市场上数码管的尺寸范围一般为0.25~0.8英寸，本设计选择0.56英寸的数码管，因为其大小适中，且比较常用。四、数码管显示的颜色数码管常见的显示颜色有：红，黄，蓝，绿，白，七彩等。其中红色数码管最为常见，故本设计选取红色数码管。五、数码管选型的确定从数码管的结构尺寸等方面对数码管进行选取，最后我们选择了0.56寸红色共阴极一位数码管，型号为5161AS。3.发光二极管（LED）数字电子产品设计与制作一、LED简介LED是发光二极管的英文简称，全称为LightEmittingDiode，它利用半导体材料制成，是一种可以直接将电转化成光的半导体器件。LED具有高效、节能、环保、寿命长、体积小、色彩丰富等优点，被广泛应用于各种照明和显示领域。二、LED分类LED分类可见光波长450-780nm颜色：红色、蓝色、绿色等亮度高端：大于601m短波长红外光850-890nm：红外线无线通讯、红外线触控屏不可见光波长850-1550nm效率一般亮度：3c家电、消费类电子产品、咨询电子产品高亮度：户外看板、交通标志、车用照明大尺寸背光电源、一般照明等中低端：小于601m长波长红外光1300-1550nm：光通讯用光源1.电压特性三、LED的主要特点LED使用低压恒流驱动，红光LED驱动电压一般在1.9-2.4V，黄光LED驱动电压一般在2.3-2.7V，其他LED一般驱动电压一般在2.8-3.7V。具体数值可以参考元器件的数据手册。2.效能高光效高。将1W能量转化成白光，理论值最高298.7lm/W。目前大功率LED，实验室已达到186lm/W；小功率的LED，实验室已达到2471m/w，是目前光效最高的照明产品。3.抗震性三、LED的主要特点LED是固态光源，由于它的特殊性，具有其他光源产品不能比拟的抗震性。4.稳定性LED在散热条件良好的情况下，寿命可长达10万小时，光通量才衰至初始的70%。5.响应时间三、LED的主要特点LED灯的响应时间为纳秒级，是目前所有光源中响应时间最短的。6.绿色环保LED是绿色环保产品，无金属汞、紫外线、电磁辐射等。7.色彩丰富LED的带宽窄，一般只有几十纳米，所发光颜色纯，覆盖整个可见光的全部波段，且可由RGB组合成任何想要可见光。1.LED显示屏LED显示屏是利用LED制作的大屏幕显示装置，可以显示文字、图片和视频等多媒体信息。2.LED灯具LED灯具具有节能、环保、长寿命等优点，可以用于各种照明场所，如商场、办公室、家庭等。3.LED广告展示LED广告展示可以利用动态和静态的LED显示广告信息。四、LED应用实例随着科技的不断发展，LED制造工艺也不断创新，高效、高亮度、低成本的LED产品不断涌现，为LED的应用提供了更多的可能性。五、LED发展趋势1.新工艺2.智能化随着物联网、人工智能等技术的不断发展，LED照明产品也逐步实现智能化，可以通过手机APP或其他智能设备实现远程控制，提高使用体验。人们越来越关注健康照明，LED照明产品的色温、亮度等参数可以调节，为人们提供更加舒适、健康的照明环境。同时，不含汞等有害物质，也更加环保健康。五、LED发展趋势3.健康照明4.其他应用领域拓展LED的应用领域不断拓展，除照明和显示领域外，还将应用于医疗、通讯、安全等领域，具有广阔的市场前景。六、实例介绍常见的圆形LED直径一般为3mm、5mm。如图是直径为5mm的LED尺寸图。七、使用注意事项

例：LED在20mA电流下的正向压降为1.8V，试确定限流电阻的参数。在5V电路中，电阻上的压降为3.2V，阻值160Ω，电阻上功率为64mW。因此选择阻值160Ω精度1%的1/4W金属膜电阻即可满足要求。（计算结果可以根据电阻的标称值适当向上选取）1.LED在使用时注意极性不要接反。2.LED在使用时要配合限流电阻一起使用。4.设计蜂鸣器驱动电路数字电子产品设计与制作蜂鸣器（Buzzer/Beeper）是一种能够发出高频率声音信号的电子器件，主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型，其发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声。蜂鸣器从结构上分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种。注意：这里的有源和无源指的是振荡源。有源蜂鸣器内部带振荡器，只要一通电就响；而无源蜂鸣器内部不带振荡源，所以用直流信号无法直接驱动它，必须使用一个方波信号驱动，方波信号的频率频率一般在2kHz~5kHz。蜂鸣器蜂鸣器的工作电压一般有3V、5V、9V、15V等几种，工作电流一般为几到几百毫安。蜂鸣器具有体积小、功耗低、操作简单等特点，因此广泛应用于电子设备、通信系统、汽车、家电等领域。注意：不论是有源蜂鸣器还是无源蜂鸣器，都可以通过驱动信号改变它发出不同音调的声音。通过改变驱动信号的频率，改变蜂鸣器的音调；通过改变驱动信号的占空比，控制蜂鸣器的音量。蜂鸣器蜂鸣器为了提高音量，蜂鸣器一般都有一个塑料外壳作为助音腔。常见的蜂鸣器外观及电路符号，如下图所示：常见的蜂鸣器外观电路符号蜂鸣器驱动电路基于NPN的蜂鸣器驱动电路三极管Q1：在电路中起开关的作用，其基极为高电平时，三极管饱和导通，蜂鸣器发出报警声，而基极为低电平时，则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。电阻R1：为限流电阻，防止流过基极电流过大损坏三极管。电阻R2：1）相当于基极的下拉电阻，2）提高门槛电压。电容C1：为电源滤波电容，滤除电源高频杂波。电容C2：可以在强干扰的环境下，有效滤除干扰信号，避免蜂鸣器变声和意外发声。电容C3：能够提高电路抗干扰能力。二极管D1：为续流二极管，提供续流，防止电路中电压电流的突变，损坏驱动三极管，保护整个电路系统的安全。蜂鸣器驱动电路基于NPN的蜂鸣器驱动电路三极管Q1：在电路中起开关的作用，其基极为低电平时，使三极管饱和导通，蜂鸣器发出报警声，而基极为高电平时，则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。电阻R1、R2：是蜂鸣器的限流电阻，这样的接法，主要起到两个方面的作用：1）并联分流，2）方便调试。电阻R3：为上拉电阻，当BUZZER悬空时，三极管Q1的基极有一个稳定的高电平。电阻R4：为限流电阻，防止流过基极的电流过大损坏三极管。电容C1：为旁路电容，滤除电路中的高频噪声。小结一、蜂鸣器蜂鸣器驱动电路二、5.数字钟指示灯电路的设计与制作数字电子产品设计与制作数字时钟结构框图小时显示数码管显示部分分钟显示秒显示小时显示驱动分钟显示驱动秒显示驱动显示驱动部分显示电路小时计时电路分钟计时电路秒计时电路显示电路报时电路校时电路秒信号电路数字时钟结构框图动画数字钟指示灯电路的功能要求：具有12个LED指示灯，能够在特定的时间点或时间段亮起，用指示当前的时间。6.数字钟指示灯电路仿真数字电子产品设计与制作数字钟指示灯电路的仿真说明输入输出S1S0CPDSLDSRD0D1D2D3清零0XXXXXXXXX0000保持1XX0XXXXXX保持并行置数111⬆XXd0d1d2d3d0d1d2d3右移输入1101⬆X1XXXX1右移输入0101⬆X0XXXX0左移输入11