多位LED掃描譯碼驅動電路參考模板

1、 電氣信息學院多位LED掃描譯碼驅動電路課程設計報告課題名稱 電子技術課程設計 專業(yè)班級 12級電氣自動化02班 學 號 1204190224 學生姓名 王嬉嬉 指導教師 鄭寬磊 評 分 2014年 5 月 26日至 6 月 15 日I / 25目錄摘要3一課程設計目的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譯碼掃描驅動電路原理153.1設計多位LED譯碼驅動電路框圖153.2方波產(chǎn)生電路153.3方波轉化成脈沖信號163.4LED動態(tài)掃描和

2、驅動電路163.5LED動態(tài)掃描原理17四.仿真與調試18五.元件清單.20六心得體會.20七參考文獻.21摘 要LED（Light Emitting Diode）行業(yè)現(xiàn)在成為一個快速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)， 市場空間巨大，前景廣闊。本文介紹了多位LED掃描譯碼驅動電路，其中著重介紹了LED動態(tài)掃描的硬件設計思路、硬件電路各個部分的功能及原理、及詳細的使用說明和工作流程。LED數(shù)碼管是利用7個LED（發(fā)光二極管）外加一個小數(shù)點的LED組合而成的顯示設備. LED數(shù)碼管可以顯示09等10個數(shù)字和小數(shù)點, 通常用來顯示時間、速度、系統(tǒng)狀態(tài)等。關鍵詞: LED數(shù)碼管 動態(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.課程設計的目的1)鞏固和加深所學電子技術課程的基本知識（數(shù)字部分和模擬部分），提高綜合運用所學知識的能力。2)培養(yǎng)學生獨立思考和團隊合作能力。3)通過設計方案的分析比較、

6、元件選擇及畫電路圖等環(huán)節(jié)初步掌握設計的原理和仿真軟件的使用。4)提高學生的動手能力掌握常用儀器設備的正確使用方法，學會對簡單實用電路的實驗調試。5)了解與課題有關的電路以及元器件的工作原理，能按課程設計任務書的要求編寫設計說明書，能正確反映設計和實驗成果，能正確繪制電路固等。6)培養(yǎng)學生根據(jù)課題需要選用參考書、查閱資料，學會獨立思考等能力。二方案分析與選擇首先使用集成運放構造成振蕩電路，設計一個能夠產(chǎn)生1Hz-2KHz頻率連續(xù)可調的方波信號；對方波信號進行信號整形和調理，得到一個可供數(shù)字電路使用的脈沖信號；脈沖信號送給數(shù)字電路部分，實現(xiàn)計數(shù)和譯碼控制電路對多位LED顯示器的動態(tài)掃描和驅動。2.

7、1 電阻此次課程設計，我們只用了 1個1K 的電阻，1個5.1K的電阻，兩個10K電阻，兩個20K電阻，一個200K電阻和一個200k滑動變阻器 ，一部分用作負載，另一部分用來分壓。關于電阻，下面介紹一下關于色環(huán)的知識。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: 如圖2-1所示左圖所示,電阻的色標是由左向右排列的，電阻為27000±0.5%而精密電阻器的色環(huán)標志用五個色環(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（國標） 此次課程

8、設計，我們用到的是穩(wěn)壓二極管關于二極管，下面介紹一下二極管的判別及參數(shù)。 1).簡述 半導體是一種具有特殊性質的物質，它不像導體一樣能夠 完全導電，又不像絕緣體那樣不能導電，它介于兩者之間，所以稱為半導體。半導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就是它的單向導電特性，就是說電流只能從一邊過去，卻不能從另一邊過來(從正極流向負極)。2)半導體二極管的極性判別及選用(1) 半導體二極管的極性判別一般情況下，二極管有色點的一端為正極，如2AP12AP7，2AP112AP17等。如果是透明玻璃殼二極管，可直接看出極性，即內部連觸絲的一頭是正極，連半導體片的一頭是負

9、極。塑封二極管有圓環(huán)標志的是負極，如IN4000系列。無標記的二極管，則可用萬用表電阻擋來判別正、負極，萬用表電阻擋示意圖見圖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、低頻開關電路等方面。選用整流二極管時，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，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）二極管的功能及類型利用二極管單向導電的特性，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?或負半周)通過，再用電容器濾波形成平滑的直流。事實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，把高頻信號中的有用信號“檢出來”，老式收音機中會有一個“檢波二極管”，一般用2AP9型鍺管。二極管的類型也有好幾種，對于電子制作來說，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)字電路的開關二極管，用于調諧的變容二極管，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

11、此次課程設計，我們用到了四共陰極LED數(shù)碼管。 數(shù)碼管其實也是由發(fā)光二極管所構而成的，下面介紹一下構成和參數(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個條狀管芯 和一個點狀管芯的發(fā)光二極管制成。LED數(shù)碼管有兩種不同的結構形式，其等效電路分別如圖所示。各段發(fā)光二極管的陽極連在一起作為公共端，因此稱為共陽極數(shù)碼管。工作時應當將陽極連電源正極，各驅動輸入端通過限流電阻接相應的譯碼驅動器的輸出。當譯碼驅動器的輸出為低電平時，數(shù)碼管相應的段變亮。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，在正向電流達到適當大小時就能發(fā)光。在一定范圍內，發(fā)光亮度和正向電

12、流的大小近似成正比，但正向電流應小于允許的最大電流，并應留有適當?shù)脑Ａ浚话阋圆怀^極限電流的70%為宜。因此，它的驅動輸入端和譯碼電路或電壓源相連時，應當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：時鐘CP和四個數(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以及進位輸出TC.   (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)從74LS161功能表功能表中可以知道，當清零端CR=“0”，計數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個時候

13、為異步復位功能。當CR=“1”且LD=“0”時，在CP信號上升沿作用后，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CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計數(shù)器加1。74LS161還有一個進位輸出端CO，其邏輯關系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理應用計數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。2.5 74LS153的真值表和引腳圖<74ls153引腳圖> 74153里面有兩個地址碼共

14、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個輸入數(shù)據(jù)D0D3中的一個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 54/74S138和 54/74LS138兩種線路結構型式，其工作原理如下：      當一個選通端（G1）為高電平，另兩個選通端（/(G2A)和/(G2B)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。     利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可級聯(lián)擴

15、展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。     若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，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掃描譯碼電路設計框圖方波產(chǎn)生電路信號整形首先使用集成運放構造成振蕩電路，設計一個能夠產(chǎn)生1Hz-2KHz頻率連續(xù)可調的方波信號；對方波信號進行信號整形和調理，得到一個可供數(shù)字電路使用的脈沖信號；脈沖信號送給數(shù)字電路部分，實現(xiàn)計數(shù)和譯碼控制電路對多位LED顯示器的動態(tài)掃描和驅動。和調理控制電路S1S0四位四選一數(shù)據(jù)選擇器方波CP444

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

17、驅動4位七段共陰數(shù)碼管；（4）三線-八線譯碼器138，在計數(shù)器的控制下依次送給數(shù)碼管共陰端低電平，實現(xiàn)多位LED的掃描和點亮。圖3 LED動態(tài)掃描和驅動電路3.5 LED動態(tài)掃描原理數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"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)碼管就不會亮。透過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動

18、態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點亮時間為1ms到2ms，LED數(shù)碼管動態(tài)顯示就是一個一個地輪流點亮各個數(shù)碼管，對于每一個LED數(shù)碼管來說，每隔一段時間就點亮一次，由于人的“視覺暫留”現(xiàn)象及發(fā)光二極體的“余輝效應”， 采用循環(huán)掃描的方式，分時輪流選各數(shù)碼管的公共端，使數(shù)碼管輪流導通顯示。當掃描速度達到一定程度時，人眼就分辨不出來了。盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，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)，認為各數(shù)碼管是同時發(fā)光的。盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，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，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的

19、。四.仿真與調試仿真電路圖 調試過程 調試過程中的問題與解決方法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重新按照電路圖檢查一遍，檢查出芯片的引腳接錯還有-12V電源插錯插孔。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，結果正常。然后又檢查74LS138輸出脈沖，結果也正常，我們檢查不出哪里出了錯誤，我們請其他的同學幫忙檢查，同學檢查出是數(shù)碼管的連線出了錯誤，改正后正常工作。五.器件清單模擬部分運算放大器TL082或者TL084（4運放）1片電阻1K1個5.1 K1個10K2個20K2個200K1個可調電阻100K或200K1個4.3V穩(wěn)壓管IN4731A2個整流二極管IN40071個電容330nf 或者 220nf1個數(shù)字部分2輸入與非門74LS001片4位同步計算器74LS1611片雙四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS1532片3線-8線譯碼器74LS1381片顯示譯碼器CD4511或者74LS481片共陰數(shù)碼管BS2014支六.心得體會剛開始做這個課程設計