LED顯示器動態(tài)掃描驅(qū)動電路知識講解

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。LED顯示器動態(tài)掃描驅(qū)動電路遼寧工業(yè)大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計（論文）題目：LED顯示器動態(tài)掃描驅(qū)動電路的設(shè)計院（系）：電子與信息工程學(xué)院專業(yè)班級：學(xué)號：110404024學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：（簽字）起止時間：2013.12.30-2014.1.10課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電子與信息工程學(xué)院教研室：電子信息工程學(xué)號110404024學(xué)生姓名凌巖專業(yè)班級電子111班課程設(shè)計（論文）題目LED顯示器動態(tài)掃描驅(qū)動電路的設(shè)計課程設(shè)計（論文）任務(wù)設(shè)計參數(shù)：（1）顯示位數(shù)為4位；（2）用分立元件設(shè)計；

2、（3）利用EWB進行計算機仿真。設(shè)計要求：1.分析設(shè)計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2.確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3.設(shè)計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。進度計劃第1天：集中學(xué)習(xí)；第2天：收集資料；第3天：方案論證；第4天：方案審查；第5天：選擇器件；第6天：

3、單元電路設(shè)計；第7天：參數(shù)計算；第8天：整體電路設(shè)計；第9天：EWB仿真、完善設(shè)計；第10天：答辯。指導(dǎo)教師評語及成績平時：論文質(zhì)量：答辯：總成績：指導(dǎo)教師簽字：年月日注：成績：平時20%論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計算摘要隨著社會的不斷進步，LED在日常生活中尤為常見，隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,電器設(shè)備的輸出顯示技術(shù)也變得復(fù)雜多樣。在這些顯示當中,LED數(shù)碼管的顯示電路較為簡單,成本也較低,在功能單一的儀器儀表與機電設(shè)備中應(yīng)用較廣。對于LED顯示器動態(tài)掃描驅(qū)動電路設(shè)計首先用555定時器產(chǎn)生固定頻率的信號作為節(jié)拍發(fā)生器的時鐘，將此時鐘連到由74LS160接成的四進制加法

4、計數(shù)器上，由具有八個譯碼輸出端的74LS138作為數(shù)碼管的譯碼器。其次，當7447引腳接到高電平時驅(qū)動共陰極七段LED數(shù)碼管輪流顯示對應(yīng)數(shù)據(jù)。利用仿真軟件驗證設(shè)計的正確性，當各引腳輸出的高電平頻率達到一定程度時，數(shù)碼管呈現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。關(guān)鍵詞：定時器；數(shù)碼管；譯碼器；目錄TOCo1-3fhzHYPERLINKl_Toc376855612第1章緒論PAGEREF_Toc376855612h1HYPERLINKl_Toc3768556131.1LED顯示器動態(tài)掃描驅(qū)動電路的設(shè)計概況PAGEREF_Toc376855613h1HYPERLINKl_Toc3768556141.2本文研究內(nèi)容PAGEREF

5、_Toc376855614h2HYPERLINKl_Toc376855615第2章LED顯示器動態(tài)掃描驅(qū)動電路設(shè)計PAGEREF_Toc376855615h3HYPERLINKl_Toc3768556162.1LED顯示器動態(tài)掃描驅(qū)動電路總體設(shè)計方案PAGEREF_Toc376855616h3HYPERLINKl_Toc3768556172.2具體電路設(shè)計PAGEREF_Toc376855617h4HYPERLINKl_Toc3768556182.2.1多諧振蕩器電路設(shè)計PAGEREF_Toc376855618h4HYPERLINKl_Toc3768556192.2.2計數(shù)器的設(shè)計PAGERE

6、F_Toc376855619h4HYPERLINKl_Toc3768556202.2.3譯碼器的電路設(shè)計PAGEREF_Toc376855620h5HYPERLINKl_Toc3768556212.2.4共陰極LED動態(tài)驅(qū)動電路設(shè)計PAGEREF_Toc376855621h6HYPERLINKl_Toc3768556222.2.5七段數(shù)碼管的設(shè)計PAGEREF_Toc376855622h6HYPERLINKl_Toc3768556232.3元器件型號選擇PAGEREF_Toc376855623h7HYPERLINKl_Toc3768556242.4Multisim仿真圖PAGEREF_Toc3

7、76855624h8HYPERLINKl_Toc376855625第3章課程設(shè)計總結(jié)PAGEREF_Toc376855625h9HYPERLINKl_Toc376855626參考文獻PAGEREF_Toc376855626h10HYPERLINKl_Toc376855627附錄PAGEREF_Toc376855627h11HYPERLINKl_Toc376855627附錄12緒論LED顯示器動態(tài)掃描驅(qū)動電路的設(shè)計概況隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,電器設(shè)備的輸出顯示技術(shù)也變得復(fù)雜多樣,諸如CRT顯示、LCD顯示、多位LED顯示及發(fā)光二極管顯示等應(yīng)運而生。在這些顯示當中,LED及發(fā)

8、光二極管顯示電路較為簡單,成本也較低,在功能單一的儀器儀表與機電設(shè)備中應(yīng)用較廣。但當設(shè)備顯示的點或位較多時,就需要采用一定的驅(qū)動電路與相應(yīng)的驅(qū)動方式。所謂動態(tài)顯示就是讓各位顯示元件分時工作。若刷新的速度太高，顯示元件的開關(guān)速度卻不夠高，以致在前一個字符尚未完全熄滅的情況下，后續(xù)的字符段就點亮。若刷新的速度太慢時，將發(fā)生閃爍。因此刷新頻率不要低于100HZ，肉眼觀察到的數(shù)碼的顯示情況將是連續(xù)的。利用動態(tài)顯示法可以降低系統(tǒng)功耗，減少成本。在LED的驅(qū)動和顯示單元的設(shè)計中,采用的方式有許多種:利用計算機芯片的端口作為LED的驅(qū)動口,并通過軟件編程加外部驅(qū)動實現(xiàn),缺點是占用計算機芯片的時間和相關(guān)資源；

9、利用專用接口芯片如Intel8155、8255等作為計算機芯片的端口擴展,并通過軟件編程加外部驅(qū)動實現(xiàn),缺點是電路較復(fù)雜,功耗較大,也要占用計算機芯片的時間和相關(guān)資源；利用顯示專用芯片如Intel8279、MAX7219、PS7219等,可實現(xiàn)較復(fù)雜的功能,但其占用計算機芯片端口還是較多,并且芯片價格較高。大多數(shù)顯示驅(qū)動器都沒有嚴格的總線時序,在強干擾環(huán)境下容易造成時序混亂,使顯示不正常。本文研究內(nèi)容對于LED顯示器動態(tài)掃描驅(qū)動電路設(shè)計首先用555定時器產(chǎn)生固定頻率的信號作為節(jié)拍發(fā)生器的時鐘，將此時鐘連到由74LS160接成的四進制加法計數(shù)器上，由具有八個譯碼輸出端的74LS138作為數(shù)碼管的

10、譯碼器。其次，當7447引腳接到高電平時驅(qū)動共陰極七段LED數(shù)碼管輪流顯示對應(yīng)數(shù)據(jù)。最后利用仿真軟件驗證設(shè)計的正確性，當各引腳輸出的高電平頻率達到一定程度時，數(shù)碼管呈現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。LED顯示器動態(tài)掃描驅(qū)動電路設(shè)計LED顯示器動態(tài)掃描驅(qū)動電路總體設(shè)計方案方案一：本設(shè)計的電路可以使用集成芯片74LS138、74LS160。對于74LS160可以接成任意進制的加法計數(shù)器，再由74LS138譯碼器控制哪一個選通，從而實現(xiàn)設(shè)計要求的四位LED的顯示屏的顯示。對于本設(shè)計的要求實現(xiàn)動態(tài)驅(qū)動掃描，顯然不能夠滿足，因此本設(shè)計不采用此方案。方案二：對于此電路的實現(xiàn)可以由555定時器產(chǎn)生時鐘脈沖，通過計數(shù)器控制譯碼器

11、，由譯碼器控制輸出中間級使其數(shù)據(jù)傳送到LED七段數(shù)碼顯示管。這里計數(shù)器采用74LS160設(shè)計成同步四進制加法計數(shù)器，譯碼器采用74LS138譯碼器。LED顯示按要求采用4位分立元件，其內(nèi)部由多只發(fā)光二極管構(gòu)成，按連接方式不同可分為共陽極LED與共陰極LED，其電路特性基本一致：發(fā)光二極管導(dǎo)通壓降為1.2V1.8V，正向工作電流為2mA15mA，本設(shè)計采用共陰極連接方式。在顯示驅(qū)動方式中，采用集成芯片7447驅(qū)動。當掃描到公共端時，LED驅(qū)動器分別對應(yīng)輸出adp的顯示段，LED就能正常顯示。綜上所述，對于LED顯示器動態(tài)掃描驅(qū)動電路的設(shè)計采用方案二?？傮w設(shè)計框圖如下：顯示器節(jié)拍發(fā)生器控制計數(shù)器顯

12、示譯碼器圖2.1總體方案框圖節(jié)拍發(fā)生器用于產(chǎn)生時鐘脈沖，為后續(xù)電路提供脈沖信號；控制計數(shù)器用于控制整體電路的循環(huán)次數(shù)；顯示譯碼器的功能是將計數(shù)器給出的四組二進制BCD碼轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的地址碼；顯示器用于顯示地址碼相對應(yīng)數(shù)字。具體電路設(shè)計多諧振蕩器電路設(shè)計用555定時器連接成多諧振器，作為節(jié)拍發(fā)生器的時鐘。如圖2.2所示圖2.2用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器計數(shù)器的設(shè)計計數(shù)器選用集成電路74LS160進行設(shè)計較方便。74LS160是同步四位十進制加/減計數(shù)器,它具有同步清零、同步計數(shù)的功能。本設(shè)計需要應(yīng)用74LS160設(shè)計出同步四進制加法計數(shù)器，如圖2.3所示圖2.3四進制加法計數(shù)器譯碼器的電路設(shè)

13、計譯碼器選用集成電路74LS138進行設(shè)計比較簡單。74LS138的邏輯功能是將每個輸入的二進制代碼譯成對應(yīng)的輸出高、低電平信號或另外一個代碼。1、2、3引腳接入輸入信號，4、5、6引腳接入MREQ，其它引腳為編譯后的輸出，8引腳接地，16引腳接電源。其片子引腳圖如圖2.4所示。圖2.474LS138引腳圖共陰極LED動態(tài)驅(qū)動電路設(shè)計動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管使用一個專門的譯碼驅(qū)動器，使各位數(shù)碼管逐個輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。由于掃描速度極快，顯示效果與靜態(tài)驅(qū)動相同，所以可以用7447來驅(qū)動，7447的引腳圖如圖2.5所示：圖2.57447引腳圖LED顯示器分類：（1）按字高分：筆畫顯示器字高

14、最小有1mm（單片集成式多位數(shù)碼管字高一般在23mm）。其他類型筆畫顯示器最高可達12.7mm（0.5英寸）甚至達數(shù)百mm。（2）按顏色分有紅、橙、黃、綠等數(shù)種。（3）按結(jié)構(gòu)分，有反射罩式、單條七段式及單片集成式。（4）從各發(fā)光段電極連接方式分有共陽極和共陰極兩種。所謂共陽方式是指筆畫顯示器各段發(fā)光管的陽極（即P區(qū)）是公共的，而陰極互相隔離。所謂共陰方式是筆畫顯示器各段發(fā)光管的陰極（即N區(qū)）是公共的，而陽極是互相隔離的。該單元電路采用共陰極連接方式。七段數(shù)碼管的設(shè)計七段數(shù)碼管在工業(yè)控制中有著很廣泛的應(yīng)用,例如用來顯示溫度、數(shù)量、重量、日期、時間，還可以用來顯示比賽的比分等，具有顯示醒目、直觀的

15、優(yōu)點。七段數(shù)碼管的具體工作原理可敘述如下：首先將數(shù)碼管要顯示的8分為七段如圖2.6所示。這七段分別由七個發(fā)光二極管構(gòu)成，如圖2.7所示。根據(jù)數(shù)碼（0，1，2，3，4，5，6，7，8，9）來決定七段中的某一段或幾段進行顯示，例如如果數(shù)碼為0，則顯示0、1、2、3、4、5段，即點亮0、1、2、3、4、5段。對于其它的數(shù)字我們依次類推。為了能以十進制數(shù)碼直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，目前廣泛使用了七字符顯示器，或稱做七段數(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。半導(dǎo)體數(shù)碼管和液晶顯示器都可以用TTL或CMOS集成電路直接驅(qū)動。為此，就需要使

16、用顯示譯碼器將BCD代碼譯成數(shù)碼管所需要的驅(qū)動信號，以便使數(shù)碼管用十進制數(shù)字顯示出BCD代碼所表示的數(shù)值。圖2.6七段LED顯示器圖2.7LED顯示器的等效電路圖（共陰極）元器件型號選擇所謂動態(tài)驅(qū)動實際就是分時點亮不同位置的數(shù)碼管，由于人眼的惰性，當數(shù)碼管熄滅的時間小于1/25秒=40ms時，給人們感覺是一直被點亮。所以每位數(shù)碼管點亮?xí)r間T=40ms/數(shù)碼管位數(shù)；555構(gòu)成的多諧振蕩器的周期T=C(R1+2R2)3，取R1=R2，C=0.01uF，由于設(shè)計時要考慮提供更高的驅(qū)動電流，才能滿足亮度的要求。所以由T=40ms,C=0.01uF,3=0.69，計算出R1=R2=193K。由于LED顯

17、示器是以LED為基礎(chǔ)的，所以它的光、電特性及極限參數(shù)意義大部分與發(fā)光二極管的相同。但由于LED顯示器內(nèi)含多個發(fā)光二極管，所以需有如下特殊參數(shù)：發(fā)光強度:由于數(shù)碼管各段在同樣的驅(qū)動電壓時，各段正向電流不相同，所以各段發(fā)光強度不同。所有段的發(fā)光強度值中最大值與最小值之比為發(fā)光強度比。比值可以在1.52.3間，最大不能超過2.5。Multisim仿真圖由555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，由此提供脈沖信號，脈沖信號通過譯碼器，由譯碼器輸出后傳給數(shù)碼管。電路部分仿真效果圖如下:圖2.8電路部分仿真效果圖課程設(shè)計總結(jié)我所設(shè)計的題目是LED顯示器動態(tài)掃描驅(qū)動電路的設(shè)計，初次接觸這個題目，難免覺得有些茫然，但是通過

18、不斷地查找書籍，翻閱資料，逐步的對此次設(shè)計的題目有的清晰的概念。通過近段時間的不斷學(xué)習(xí)，我深刻的體會到理論聯(lián)系實際的重要性，應(yīng)且意識到在工作中要不斷地用理論來指導(dǎo)實踐，用實踐來深化理論，做好這些的前提就是要深入掌握理論知識，并且綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)知識理論和基礎(chǔ)技能來分析解決實際問題，此過程不僅鞏固了所學(xué)的知識，而且還擴大了專業(yè)知識面，為以后的工作打下基礎(chǔ)。參考文獻1閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京高等教育出版社.2006年5月2魯寶春主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)指導(dǎo).北京東北大學(xué)出版社.2012年2月3鄭學(xué)堅主編.微型計算機原理及應(yīng)用.北京清華大學(xué)出版社.2011年3月4王景利主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗.北京東北大學(xué)出版社.2011年1月5張