十進(jìn)制數(shù)碼顯示器設(shè)計(jì)

1、1位十進(jìn)制數(shù)碼顯示器設(shè)計(jì) 羅玉均（BY09080114）指導(dǎo)老師：楊敏一、概述 在數(shù)字系統(tǒng)的某些終端，往住需要直觀的觀察十進(jìn)制數(shù)據(jù)，能將機(jī)器中運(yùn)行的二-十進(jìn)制BCD碼直接譯成十進(jìn)制數(shù)，并顯示出來(lái)的譯碼器叫顯示譯碼器。它往往與顯示器配合使用，或者直接驅(qū)動(dòng)顯示器。為了能以十進(jìn)制數(shù)碼直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，目前廣泛使用了七段字符顯示器，或稱為七段數(shù)碼管。這種字符顯示器由七段可發(fā)光的線段拼合而成。常見(jiàn)的七段字符顯示器有半導(dǎo)體數(shù)碼管和液晶顯示器兩種。其外形與等效電路如圖1。abcdefg12345678910D.P1,102,93,84,75,6圖1 在十進(jìn)制數(shù)碼顯示器主要是通過(guò)數(shù)字電路對(duì)七段字形

2、數(shù)碼顯示器的控制與驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)顯示器從0到9十位數(shù)的循環(huán)與進(jìn)位。由于十進(jìn)制數(shù)碼顯示器具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、耗電省、安裝與調(diào)試方便、價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。所以它廣泛應(yīng)用于個(gè)人家庭以及車站、碼頭、劇院、辦公室等公共場(chǎng)所以和機(jī)械工業(yè)、電子電器、儀表通訊、交通運(yùn)輸、航空航天以及家電和輕工業(yè)等行業(yè)中，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂(lè)、出行帶來(lái)極大的方便。 本文主要介紹了，利用NE555，74LS162，74LS48(外型圖如圖2所示)以及共陰極數(shù)碼管設(shè)計(jì)一個(gè)1位由1到9自動(dòng)循環(huán)的數(shù)碼顯示器，數(shù)碼顯示器的設(shè)計(jì)用到，數(shù)制、基本邏輯運(yùn)算、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、脈沖的產(chǎn)生等模

3、擬與數(shù)字電路知識(shí)。74LS4874LS162NE555圖2二、電路設(shè)計(jì)2.1電路原理本設(shè)計(jì)的原理圖，如圖3所示.其中NE555定時(shí)器產(chǎn)生振蕩頻率信號(hào)，然后在經(jīng)過(guò)74LS162進(jìn)行計(jì)數(shù)與編碼，在傳送到74LS48進(jìn)行譯碼后，最后將譯過(guò)來(lái)的BCD碼傳送到數(shù)碼管而進(jìn)行數(shù)碼管的顯示控制（原理的組成框圖如圖4）2.2工作原理DCSV電源加在上圖 Ucc(+)、Gnd（-）正負(fù)極上。 NE55定時(shí)器腳3輸出方波，方波的周期與頻率由R1、R2、C1值決定，74LS162十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器腳2接收NE555定時(shí)器2腳發(fā)出的方波信號(hào)，腳1114是其輸出端，輸出計(jì)數(shù)值給74LS48七段譯碼器的腳7、1、6、2，經(jīng)譯

4、碼器譯碼后，其腳915輸出高電平給S101AS數(shù)碼管的7、6、4、2、1、9、10腳，驅(qū)動(dòng)S101AS七段數(shù)碼管，完成數(shù)碼器由0至9的自循環(huán)。圖3 計(jì)數(shù)器 譯碼器數(shù)碼顯示管555振蕩器圖42.3參數(shù)的選擇計(jì)算振蕩周期頻率的計(jì)算: TtWH+tWL=(R1+R2)Cln2=0.69(R1+2R2)C T=0.691(510+510)=1055.7振蕩頻率的計(jì)算:f=1/T=1/0.69(R1+2R2)Cf =1/1055.70.95因此，要根據(jù)自已的需要調(diào)節(jié)數(shù)碼管的跳動(dòng)周期與頻率，只需更換電阻R1與R2以及電容C就行了，然后用上面的計(jì)算公式可以很準(zhǔn)確的計(jì)算出更換后的周期頻率時(shí)間。2.4 PCB電

5、路制作：早期制作PCB板，采用的方法很多，有描漆法、粘貼法、刀刻法等等?，F(xiàn)在用的比較多的是熱轉(zhuǎn)印法，這種方法比前幾種方法要好，但較細(xì)的線條不好制作，容易斷線，而且熱轉(zhuǎn)印時(shí)的溫度掌握不好會(huì)影響轉(zhuǎn)印效果。它容易掌握，操作過(guò)程也不復(fù)雜，可制作單雙面板，可滿足常用的電路。關(guān)鍵是它可制作細(xì)至0.2mm的線條，而且線條邊緣整齊無(wú)毛刺，整潔美觀。需要準(zhǔn)備的工具和材料： （1）.電腦1臺(tái)(裝Protel99se軟件）（2）.激光打印機(jī)1臺(tái)（3）.紫外線曝光箱1臺(tái)（4）.顯影盆、腐蝕盆各一個(gè)（也可共用一個(gè)）（5）.細(xì)芯黑色記號(hào)筆一只（用于修負(fù)片）（6）.顯影劑、脫膜劑、三氯化鐵若干（7）.小電鉆一只，0.83m

6、m鉆頭若干（8）.繪圖用硫酸紙若干張（A4幅面）a.負(fù)片的制作使用負(fù)性感光板，在制作PCB板之前需要有一張PCB的負(fù)片，就像照片的底片一樣，感受到光的地方留下，感受不到光的地方會(huì)被除去。用Protel99se軟件將原理圖制作成PCB圖。利用軟件的覆銅功能對(duì)PCB板進(jìn)行大面積全部覆銅，覆銅完畢后，將需要保留下來(lái)的線條，打開(kāi)其屬性，在層定義欄里改變其層定義，只要將線條和覆銅的層定義分開(kāi)就行。比如覆銅在底層，那么就把線條定義為頂層。層定義完成后按確定退出屬性欄。然后進(jìn)行打印設(shè)置，在打印層設(shè)置中只設(shè)置覆銅所在層，在色彩設(shè)置中設(shè)置成單色或黑白。 欲打印的負(fù)片先將一張A4的普通紙放入打印機(jī)試打一張，觀察是

7、否滿意，如果可以，再將硫酸紙放入打印機(jī)打印。打印出來(lái)后，將硫酸紙上的圖形對(duì)著亮光觀察，在黑色區(qū)域如有漏光處可用黑色記號(hào)筆進(jìn)行修補(bǔ)。修補(bǔ)完成后，一張用于感光的負(fù)片就制作完成了。b.用硫酸紙打印好的負(fù)片進(jìn)行曝光、顯影、腐蝕、脫膜、(a).曝光將紫外線曝光箱的上蓋板打開(kāi)，把感光的負(fù)片圖像部分放于曝光箱的玻璃正中間，不要放偏，否則曝光量可能不一致，導(dǎo)致顯影失敗。在放置負(fù)片時(shí)注意正反面，不要放反了，否則腐蝕出來(lái)不能用。然后將感光覆銅板感光面朝下覆蓋于感光負(fù)片，對(duì)齊后放下曝光箱蓋板，扣緊蓋板，曝光箱加電，調(diào)整曝光定時(shí)器。一般硫酸紙曝光時(shí)間為57分鐘。曝光時(shí)間一定要合適，短了需附著的漆膜容易脫落，長(zhǎng)了需脫落

8、的漆膜反而不容易脫落。不同的曝光箱可能光照強(qiáng)度不一樣，可根據(jù)實(shí)際情況試驗(yàn)決定。曝光時(shí)間到后曝光箱會(huì)鳴笛報(bào)告，自動(dòng)關(guān)閉紫外線燈。這時(shí)將曝光箱上蓋板打開(kāi)，將感光覆銅板取出。(b).顯影將顯影盆用清水洗凈，將顯影液倒入顯影盆（顯影液用大蘇打，1：100配制）。這時(shí)一定要注意顯影液的溫度，一般要在20°C以上，手指放入顯影液不感到?jīng)鰹橐?。將曝光過(guò)的覆銅板放入顯影液，稍等一會(huì)就會(huì)看到深藍(lán)色的漆膜發(fā)生變化，隱約出現(xiàn)PCB圖案，這時(shí)可用柔軟的物體沾著顯影液擦拭覆銅板感光膜面，這樣可以加快需要脫落的感光膜脫落，使顯影加速完成。等到PCB圖案完全呈現(xiàn)后，顯影就可結(jié)束了，這時(shí)可將板子用清水漂洗一遍，等待

9、腐蝕。(c).腐蝕將用三氯化鐵配制好的腐蝕液倒入腐蝕盆中，腐蝕液的溫度也不可太低，太低影響腐蝕進(jìn)度。另外腐蝕液的濃度要大一些，這樣可加快腐蝕速度。如果是陳腐蝕液（用過(guò)多次的），可用鐵釘或鐵絲對(duì)腐蝕液進(jìn)行置換后再使用，這樣可加快腐蝕速度。在腐蝕過(guò)程中可使腐蝕液相對(duì)板子運(yùn)動(dòng)，如用手晃動(dòng)腐蝕盆或用竹鑷子捏著棉球在覆銅板上輕輕擦拭，這樣做可加快腐蝕速度。一般一塊板子在腐蝕液正常的情況下10分鐘就可腐蝕完畢。腐蝕完后用清水洗掉板子上的腐蝕液進(jìn)行脫膜。(d).脫膜將脫膜液倒入塑料盆中（三種步驟：顯影、腐蝕、脫膜可用一個(gè)盆，每次用完后將盆用清水洗凈就行），脫膜液用燒堿按1：100配制。將腐蝕好的板子漆膜面朝

10、上放入盆中的脫膜液中，讓脫膜液完全淹沒(méi)板子不要管它，等5分鐘后就會(huì)看到漆膜部分從覆銅板上脫離，等漆膜完全脫離后，將板子拿出用清水洗凈擦干，對(duì)部分銅箔面如有氧化層可用繪圖橡皮擦拭去除，這時(shí)一塊PCB板就初步做好了。為節(jié)約成本，顯影、腐蝕、脫膜三種溶液可反復(fù)使用，每種溶液用過(guò)后可裝于一只瓶中，下次可繼續(xù)使用，對(duì)于三氯化鐵溶液如顯綠色，說(shuō)明溶液里銅元素過(guò)多，可用鐵將銅置換出來(lái)，方法是用鐵釘或鐵絲放于三氯化鐵溶液中，當(dāng)鐵質(zhì)物體上沾滿銅時(shí)，將其取出，用軟布將銅擦去，再放入溶液中，如此反復(fù)，直至達(dá)到要求為止。c.裁邊、鉆孔對(duì)剛做好的PCB板進(jìn)得機(jī)械加工。先對(duì)板子多余的部分用鋼鋸裁掉，對(duì)板子邊緣用砂紙或銼刀

11、進(jìn)行修整使之整齊光滑，對(duì)四角也可進(jìn)行倒腳處理，使板子的幾何尺寸符合要求。以上進(jìn)行完后就可以鉆孔了，按照元器件引線的粗細(xì)鉆出相應(yīng)的孔洞。在鉆孔過(guò)程中如果使用鉆床，應(yīng)將鉆床鉆速調(diào)高，高鉆速下鉆出的孔平整光滑，質(zhì)量高。如用普通手槍鉆或其他鉆孔工具，要注意鉆頭要鋒利，否則鉆出的孔邊緣太毛，銅箔面鉆口有凸起，影響焊盤的牢固?？足@完后，一塊PCB板就做好，剩下的工作就是焊接了。d.最后把各元器件全部焊接到電路板上。三、安裝調(diào)試 在制作之前，首先根據(jù)設(shè)計(jì)方案用面包板進(jìn)行連線，目的是為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的線路是否正確，避免用感光板做成實(shí)物后要不斷修改電路。面包板連線完成后，確認(rèn)連線以及各元器件的正負(fù)極沒(méi)有錯(cuò)誤后（應(yīng)當(dāng)

12、特別注意集塊的地線與電源線、還有就是要用萬(wàn)用表確認(rèn)面包板上的電源最上與最下兩排的插腳是否是導(dǎo)通的，不然就得人為的用導(dǎo)線接通），就開(kāi)始調(diào)試了。調(diào)試的步驟如下： 先將直流電源調(diào)到5V，然后關(guān)閉電源，確認(rèn)正負(fù)極接到面包板上電路的正負(fù)極引出端上，打開(kāi)電源，此時(shí)七段共陰極數(shù)碼管應(yīng)從0-9循環(huán)，間隔時(shí)間由電阻R1、R2、電容C1的大小來(lái)決定。從開(kāi)啟電源后，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管沒(méi)有任何的顯示，仔細(xì)檢查了電源電壓，重新調(diào)生了各元件引腳的接線以后，在用5V的電源接到數(shù)碼管的每一個(gè)腳位上，發(fā)現(xiàn)全部都可以發(fā)光，證明七段數(shù)碼管是好的。開(kāi)啟開(kāi)關(guān)，接通電源，這次數(shù)碼管有顯示了，不過(guò)并沒(méi)有發(fā)生自動(dòng)的跳動(dòng)，而是顯示為“8”，也就是全部

13、的二極管都亮了。就這問(wèn)題詢問(wèn)了老師，老師讓先檢查接線有無(wú)錯(cuò)誤，接線是否牢固可靠，然后用示波器檢查NE555定時(shí)器引腳3是否有方波輸出。再一次仔細(xì)檢查了導(dǎo)線連接有無(wú)錯(cuò)誤及導(dǎo)線連接是否牢固可靠，最后用示波器檢查NE555定時(shí)器，發(fā)現(xiàn)引腳3有正常的方波輸出。將結(jié)果報(bào)告老師，老師過(guò)來(lái)幫助復(fù)查后確認(rèn)NE555振蕩器有正常的方波輸出，則說(shuō)明NE555定時(shí)器是正常的工作狀態(tài)，問(wèn)題是在下一極電路中，再一次認(rèn)真的檢查電路，發(fā)現(xiàn)74LS48的第8引腳有彎折的情況，把它拆下來(lái)仔細(xì)的觀察，引腳差不多已經(jīng)要快完全斷掉了。然后就更換了一個(gè)新的74LS48芯片，在開(kāi)通電源，數(shù)碼管依久顯示“8”，說(shuō)明問(wèn)題還是沒(méi)有解決，在一次

14、用示波器檢查NE555的輸出，依然是有正常的方波輸出的。所有的元器件都確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題了，只剩下74LS162了，更換了一塊的新的74LS162芯片，數(shù)碼管還是只顯示“8”，說(shuō)明這不是芯片的問(wèn)題，那么就只有電路了，再仔細(xì)的檢查了一遍電路后，確認(rèn)接線是全部正確的，那么數(shù)碼管不能正常的顯示，可能是面包板上有某些腳位不是接通的或是線路接觸不良。把面包板上的腳位用導(dǎo)線全部在聯(lián)接了起來(lái)，把芯片的引腳上有氧化的地方也用小刀輕輕的刮得光亮了，然后在一次打開(kāi)電源，七段共陽(yáng)極數(shù)碼管總算按照設(shè)計(jì)的要求從0-9自動(dòng)的循環(huán)起來(lái)了（如圖5）。圖5四、小結(jié) 通過(guò)本次對(duì)一位數(shù)碼顯示器的課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)模擬電子技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)的認(rèn)識(shí)有了