數(shù)電課程設(shè)計數(shù)碼管顯示控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: 數(shù)碼管顯示控制器的設(shè)計與實現(xiàn) 初始條件：555定時器、74LS160計數(shù)器、74LS161計數(shù)器、74LS153數(shù)據(jù)選擇器、74LS48譯碼器、74LS04非門與數(shù)碼管、電阻、電容等相關(guān)元件。要求完成的主要任務(wù): 1、設(shè)計任務(wù)根據(jù)已知條件，完成對數(shù)碼管顯示控制器的設(shè)計、裝配與調(diào)試。2、設(shè)計要求（1）、能自動一次顯示出數(shù)字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然數(shù)列），1、3、5、7、9(奇數(shù)列)， 0、2、4、6、8（偶數(shù)列），0、1、0、1、2、3、4、5、6、7(音樂符號序列)；然后再從頭循環(huán)；（2）、打開電源自

2、動復(fù)位，從自然數(shù)列開始顯示。時間安排：1、2012 年 6 月 8 日分班集中，布置課程設(shè)計任務(wù)、選題；講解課設(shè)具體實施計劃與課程設(shè)計報告格式的要求；課設(shè)答疑事項。2、2012 年 6 月 9 日 至 2012 年 7 月 3 日完成資料查閱、設(shè)計、制作與調(diào)試；完成課程設(shè)計報告撰寫。3、2012 年 7 月 4 日提交課程設(shè)計報告，進(jìn)行課程設(shè)計驗收和答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘 要3Abstact4引 言51設(shè)計背景61.1設(shè)計任務(wù)61.2設(shè)計要求61.3指導(dǎo)思想62方案論證72.1方案說明72.2方案原理73電路的設(shè)計與分析83.1電路的總體設(shè)

3、計83.2電路的原理框圖93.3元電路的設(shè)計與分析93.3.1多諧振蕩電路的設(shè)計與分析93.3.2計數(shù)電路的設(shè)計與分析11譯碼顯示電路的設(shè)計與分析134電路仿真、調(diào)試與分析164.1脈沖產(chǎn)生電路的仿真164.2總電路的仿真174.3運(yùn)行結(jié)果分析175心得與體會18附錄1元器件清單19附錄2參考文獻(xiàn)20摘要這次的課程設(shè)計主要是用計數(shù)器來實現(xiàn)的,這個循環(huán)控制電路的實質(zhì)就是要產(chǎn)生一系列有規(guī)律的數(shù)列, 然后通過一個七段數(shù)碼管顯示出來. 這里使用的只要就是計數(shù)器, 計數(shù)器在時序電路中應(yīng)用的很廣泛,它不僅可以用于對脈沖進(jìn)行計數(shù),還可用于分頻,定時,產(chǎn)生節(jié)拍脈沖以及其他時序信號。運(yùn)用計數(shù)器的不同的功能和不同

4、的接發(fā)就可以實現(xiàn)不同的序列輸出了。而且這次的內(nèi)容還包括分電路圖的整合,使這個循環(huán)顯示器能夠按照要求依次輸出自然序列,奇數(shù)序列,偶數(shù)序列還有音樂序列。還有一個部分就是時鐘電路是由 555 多諧自激震蕩集成電路制成，與電阻和電容一起構(gòu)成周期為一秒時鐘電路的時鐘周期發(fā)生器，為電路提供時鐘信號。驅(qū)動電路是由74LS160D計數(shù)器和74LS153D數(shù)據(jù)選擇器組成,用以驅(qū)動數(shù)碼管正常工作，并且在時鐘電路的控制下讓數(shù)碼管循環(huán)工作。支持整個電路的工作。這個設(shè)計基本上就是由以上部分連接在一起組成的。關(guān)鍵詞：555多諧震蕩器 74LS160D計數(shù)器 74LS153D數(shù)據(jù)選擇器 數(shù)碼管AbstactThis cou

5、rse is designed to achieve with counter, the cycle is the essence of the control circuit is to produce a series of regular sequence, and then through a seven period of digital tube display. Here is the use of as long as the counter, counter in the sequential circuits of the applications of the very

6、extensive, it not only can be used to count to pulse, it can also be used in separate frequency, time, produce the beat pulse and other timing signal. Using the different functions and counter different receiver can realize the sequence of different output.And the content of the circuit also include

7、s points integration, make this cycle can display in accordance with the requirements in the output natural sequence, odd number sequence, the even sequence and music sequence. There is a part of the clock circuit is by more than 555 harmonic self-excited concussion integrated circuit is made, and t

8、he resistance and capacitance together make up for a second cycle clock circuit clock cycle generator, for circuits provide the clock signal. Driving circuit is made of 74 LS160D counter and 74 LS153D data selector composed, used to drive digital tube normal work, and the clock circuit under the con

9、trol of the make the digital tube circulation work. To support the work of the circuit. This design is basically connected together by above part of.Keywords:more than 555 harmonic oscillator 74LS160D counter74LS153D data selector digital tube引言顯示器件是電子設(shè)備中不可缺少的部分，從燈泡，陰極射線管（CRT，cathode-ray tube）顯示器，到發(fā)

10、光二級管（LED，light-emitting diode），液晶顯示屏（LCD，Liquid CrystalDisplay），顯示器件的發(fā)展伴隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展。目前，在小型便攜式電子設(shè)備中，LED和LCD顯示器件成為主要的顯示器件，其中發(fā)光二級管和IJED數(shù)碼管，主要用于狀態(tài)指示和數(shù)字字符顯示，LCD主要用于文字和圖形顯示。LED數(shù)碼管是用發(fā)光二級管組成字符筆畫或點陣，用于顯示簡單字符和圖形。最常用的是七段LED數(shù)碼管，它用發(fā)光二級管組成數(shù)字字符8的七段筆畫，至少可以顯示十六進(jìn)制數(shù)字的十六個字符，再加上一個小數(shù)點顯示，常用于在電子設(shè)備上顯示數(shù)字字符串。其特點主要在于使用簡單，價格低廉，

11、顯示亮度高，功耗小，器件可靠性很高。本設(shè)計即利用邏輯芯片來實現(xiàn)數(shù)碼管的控制顯示。1.設(shè)計背景1.1設(shè)計任務(wù)根據(jù)已知條件，完成對數(shù)碼管顯示控制器的設(shè)計、裝配與調(diào)試。1.2設(shè)計要求（1）能自動一次顯示出數(shù)字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然數(shù)列），1、3、5、7、9(奇數(shù)列)， 0、2、4、6、8（偶數(shù)列），0、1、0、1、2、3、4、5、6、7(音樂符號序列)；然后再從頭循環(huán)；（2）打開電源自動復(fù)位，從自然數(shù)列開始顯示。1.3指導(dǎo)思想本設(shè)計將采用幾個基本的數(shù)字集成的74系列（74LS48,74LS153,555）芯片來完成所需要的數(shù)字邏輯顯示功能（在七段數(shù)碼管上按規(guī)律顯示特定的數(shù)字）

12、。本設(shè)計具有邏輯清晰、設(shè)計巧妙的特點，能很好的符合課程設(shè)計的要求。2.方案論證2.1方案說明該設(shè)計的關(guān)鍵是對74LS153的輸入端的強(qiáng)制置數(shù)的處理，設(shè)計要求產(chǎn)生奇數(shù)，實際上就是將第一個74LS153的1C1強(qiáng)制置1；要求產(chǎn)生偶數(shù)，實際上就是把第一個74LS153的1C2強(qiáng)制置0；要求產(chǎn)生0-7的音樂符號，實際就是把第二個74LS153的2C3強(qiáng)制置0；也就是說產(chǎn)生十進(jìn)制的的計數(shù)一直是不變的，它內(nèi)部的技術(shù)依然是0-9的計數(shù)，我們只是在外部改變了它的輸出而已，因此我們這個方案采用一個最簡易的方案：一個74LS160一個74LS161和兩個 74LS153，一個555作脈沖產(chǎn)生之用，一片74LS48

13、譯碼，一個七段數(shù)碼管作顯示。2.2方案原理首先，用一個555構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生大約1HZ的脈沖，脈沖可以使74LS160正常工作循環(huán)產(chǎn)生09的十進(jìn)制數(shù)作為74LS153的輸入，用74LS161的低兩位輸出作為兩個74LS153的地址輸入控制其輸出。74LS160每循環(huán)09一次就會產(chǎn)生進(jìn)位輸出為74LS161提供一個脈沖，使其計數(shù)一次，74LS161在此處做為一個四進(jìn)制的計數(shù)器。在脈沖作用下，74LS161的低兩位循環(huán)產(chǎn)生00、01、10、11從而使74LS153輸出相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)再經(jīng)74LS48譯碼最終使數(shù)碼管按要求依次顯示出數(shù)字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然數(shù)列），1、3、5、

14、7、9（奇數(shù)列），0、2、4、6、8（偶數(shù)列）和0、1、0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音樂符號數(shù)列），然后又依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)列和音樂符號數(shù)列如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。經(jīng)以上的論證我們可知，這個方案在理論上分析是完全可行的，經(jīng)我們仿真之后驗證，此方案是完全可行的。3.電路的設(shè)計與分析3.1電路的總體設(shè)計由設(shè)計要求依次顯示自然數(shù)列1、2、3、4、5、6、7、8、9，奇數(shù)列1、3、5、7、9，偶數(shù)列0、2、4、6、8，音樂數(shù)列0、1、0、1、2、3、4、5、6、7，列出下列關(guān)系：自然數(shù)列 奇數(shù)列 偶數(shù)列 音樂數(shù)列00000001 0000 00000001 0011 0010

15、00010010 0101 0100 0000 0011 0111 0110 00010100 1001 1000 00100101 00110110 01000111 01011000 01101001 0111通過上面的數(shù)列可發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：奇數(shù)列最末位都為1；偶數(shù)列最末位都為0,音樂數(shù)列的最高位都為0.因此該設(shè)計的關(guān)鍵是對74LS153的輸入端的強(qiáng)制置數(shù)的處理，設(shè)計要求產(chǎn)生奇數(shù)，實際上就是將第一個74LS153的1C1強(qiáng)制置1；要求產(chǎn)生偶數(shù)，實際上就是把第一個74LS153的1C2強(qiáng)制置0；要求產(chǎn)生0-7的音樂符號，實際就是把第二個74LS153的2C3強(qiáng)制置0；也就是說產(chǎn)生十進(jìn)制的的計數(shù)

16、一直是不變的，它內(nèi)部的技術(shù)依然是0-9的計數(shù)，我們只是在外部改變了它的輸出而已。用一個555構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生大約1HZ的脈沖，脈沖可以使74LS160正常工作循環(huán)產(chǎn)生09的十進(jìn)制數(shù)作為74LS153的輸入，用74LS161的低兩位輸出作為兩個74LS153的地址輸入控制其輸出。74LS160每循環(huán)09一次就會產(chǎn)生進(jìn)位輸出為74LS161提供一個脈沖，使其計數(shù)一次，74LS161在此處做為一個四進(jìn)制的計數(shù)器。在脈沖作用下，74LS161的低兩位循環(huán)產(chǎn)生00、01、10、11從而使74LS153輸出相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)再經(jīng)74LS48譯碼最終使數(shù)碼管按要求依次顯示出數(shù)字0、1、2、3、4、5、6、7、

17、8、9（自然數(shù)列），1、3、5、7、9（奇數(shù)列），0、2、4、6、8（偶數(shù)列）和0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音樂符號數(shù)列），然后又依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)列和音樂符號數(shù)列如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。3.2電路的原理框圖555脈沖電路計數(shù)器計數(shù)器數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器譯碼電路數(shù)碼管3.3元電路的設(shè)計與分析多諧震蕩電路的設(shè)計與分析555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可

18、在 318V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比

19、較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0電平。555定時器主要是與電阻電容構(gòu)成充放電電路，并由兩個比較器來檢測電容上的電壓以確定輸出電壓的高低和放電開關(guān)管的通斷，可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生電路。圖3-1 自激多諧振蕩器電路和波形圖時

20、鐘信號的產(chǎn)生方式很多，本電路設(shè)計使用555定時器，555定種雙極型中規(guī)模集成電路，只要在外部配上幾個適當(dāng)?shù)淖枞?。元件和適當(dāng)?shù)碾娐愤B接，就可構(gòu)成多諧振蕩器。該器件的電源電壓為4.5V-18V，驅(qū)動電流也較大，并能提供與ttl, MOS電路相兼容的邏輯電路。脈沖寬度計算公式：Tw0.7 (R1+RW+R2) C 3-1振蕩周期計算公式：T0.7 (R1+RW+2R2) C 3-2經(jīng)過計算可知R1 約為 580k ， R2約為290k。計數(shù)電路的設(shè)計與分析 該設(shè)計用到了74LS160和74LS161兩個計數(shù)器，其中74LS160用來產(chǎn)生09的十進(jìn)制數(shù)作為數(shù)據(jù)選擇器的輸入，74LS161的輸出低兩位作

21、為數(shù)據(jù)選擇器的地址選擇其實是將其作為了一個四進(jìn)制的計數(shù)器，循環(huán)產(chǎn)生00、01、10、11進(jìn)而控制了數(shù)據(jù)選擇器的輸出，終使數(shù)碼管按要求產(chǎn)生循環(huán)數(shù)列。下面是最74LS160的介紹： 異步清零端/MR1 為低電平時，不管時鐘端CP信號狀態(tài)如何，都可以完成清零功能。 160的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器/PE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0-P3一致。對于54/74160，當(dāng)CP由低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)器控制端CEP、CET為高電平，則/PE應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而54/74LS160無此種限制。 160的計數(shù)是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。 當(dāng)C

22、EP、CET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于54/74LS160的CEP、CET跳變與CP無關(guān)。 當(dāng)計數(shù)溢出時，進(jìn)位輸出端（TC）輸出一個高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。對于74LS160，在CP出現(xiàn)前，即使CEP、CET、/MR發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。 圖3-2 74LS160外部引腳圖 圖3-3 74LS153外部引腳圖160外部管腳 引出端符號： TC           進(jìn)位輸出端 CEP &

23、#160;         計數(shù)控制端 Q0-Q3         輸出端 CET           計數(shù)控制端 CP           時鐘輸入端（上升沿有效） /MR    

24、0;     異步清除輸入端（低電平有效） /PE           同步并行輸入置數(shù)端（低電平有效） 74LS153邏輯功能表表3-1 74LS153邏輯功能表輸入輸出BAC0C1C2C3GY´´´´´´10000´´´0 0001´´´0101´0´´0001´1´´011

25、0´´0´0010´´1´0111´´´00011´´´10174LS160邏輯功能表表3-2 74LS160邏輯功能表計數(shù)順序電路狀態(tài)等效十進(jìn)制進(jìn)位輸出Q3Q2Q1Q0C0000000100011020010203001130401004050101506011060701117081000809100191譯碼顯示電路的設(shè)計與分析數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管

26、和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就會被點亮。該設(shè)計中選用的是七段數(shù)碼管如圖3-2所示，為共陰極的 ，用7448譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，當(dāng)電路開始正常工作后在該數(shù)碼管上就會按設(shè)計要求依次顯示數(shù)字0、1、2、3、4、5、6、7、8

27、、9（自然數(shù)列），1、3、5、7、9（奇數(shù)列），0、2、4、6、8（偶數(shù)列）和0、1、0、1、2、3、4、5、6、7（音樂符號數(shù)列），然后又依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)列和音樂符號數(shù)列如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。 圖3-4 半導(dǎo)體數(shù)碼管 計數(shù)器用來產(chǎn)生十進(jìn)制計數(shù)，其輸出端信號加到譯碼器輸入端，經(jīng)譯碼后可以在輸出端產(chǎn)生所需的控制信號。本電路計數(shù)器譯碼器采用74LS48，譯碼驅(qū)動電路如圖3-4。它們分別為可預(yù)置4位二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器和八選一數(shù)據(jù)選擇器。電路的工作原理是不規(guī)則時鐘脈沖信號加到計數(shù)器74LS160的計數(shù)向上引腳，計數(shù)器控自然忘序遞增計數(shù)，其輸出端Qd,Qc,Qa,Qb按自然忘序遞增到

28、1000時，由于清除和Qd相連接當(dāng)Qd為1時計數(shù)器清等然后又重復(fù)遞增計數(shù)，不斷循環(huán)進(jìn)行。而計數(shù)器的輸出瑞Qc,Qb,Qa接到74LS153的輸入端，在Qc，Qb，Qa的作用下價它們的每一種組合方式對應(yīng)于輸出端的一個引腳狀態(tài).在任意時刻只有一個端口為高電平其余喘口全為低電平.而且這種變化同樣是按照自然遞增的順序循環(huán)進(jìn)行。根據(jù)這種結(jié)果，可以把每一路輸出用以控制半導(dǎo)體數(shù)碼管從而可以達(dá)到循環(huán)顯示數(shù)字的目的。7448七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能。 7448的LRBI、BI/RBO,簡要說明如下： 滅燈輸入BI/RBO ： BI/

29、RBO是特殊控制端，有時作為輸入，有時作為輸出。當(dāng)BI/RBO作輸入使用且BI0時，無論其它輸入端是什么電平，所有各段輸入ag均為0，所以字形熄滅。 試燈輸入LT ： 當(dāng)LT0時，BI/RBO是輸出端，且RBO1，此時無論其它輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸出ag均為1,顯示字形8。該輸入端常用于檢查74IS48本身及顯示器的好壞。 當(dāng)LT1，RBI0且輸入代碼DCBA0000時，各段輸出ag均為低電平，與BCD碼相應(yīng)的字形0熄滅，故稱“滅零”。利用LT=1與RBI=0可以實現(xiàn)某一位的“消隱”。此時BI/RBO是輸出端，且RBO=0。 BI/RBO作為輸出使用時，受控于LT和RBI。當(dāng)LT1且RB

30、I0，輸入代碼DCBA=0000時，RBO=0；若LT=0或者LT1且RBI1，則RBO=1。該端主要用于顯示多位數(shù)字時，多個譯碼器之間的連接。 從功能表還可看出，對輸入代碼0000，譯碼條件是：LT和RBI同時等于1，而對其它輸入代碼則僅要求LT1，這時候，譯碼器各段ag輸出的電平是由輸入BCD碼決定的，并且滿足顯示字形的要求。圖3-5 74IS48的引腳圖 圖3-6 譯碼驅(qū)動電路4.電路仿真、調(diào)試與分析4.1脈沖產(chǎn)生電路的仿真圖4-1 脈沖產(chǎn)生電路圖4-2 脈沖產(chǎn)生電路的仿真4.2總電路仿真圖4-3 總電路仿真4.3運(yùn)行結(jié)果分析接通電源后數(shù)碼管可以按要求依次循環(huán)顯示出數(shù)字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然數(shù)列），1、3、5、7、9（奇數(shù)列），0、2、4、6、8（偶數(shù)列）和0、1、0、1、2、3、4、5、6、7（音樂符號數(shù)列），然后又依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)列和音樂符號數(shù)列如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。并且打開電源自動復(fù)位，從自然數(shù)列開始顯示。實現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計要求5.心得與體會這次的課程設(shè)計是一次難得的鍛煉機(jī)會，讓我們能夠充分利用所學(xué)過的理論知識還有自己的想象能力，另外還有學(xué)習(xí)查找資料的方法，以及自己處理分析電路、設(shè)計電