本科生课程设计（论文）
摘 要
随着社会的不断进步，LED在日常生活中尤为常见，随着计算机技术和电子技术的飞速发展和广泛应用,电器设备的输出显示技术也变得复杂多样。在这些显示当中,LED数码管的显示电路较为简单,成本也较低,在功能单一的仪器仪表与机电设备中应用较广。
对于LED显示器动态扫描驱动电路设计首先用555定时器产生固定频率的信号作为节拍发生器的时钟，将此时钟连到由74LS160接成的四进制加法计数器上，由具有八个译码输出端的74LS138作为数码管的译码器。其次，当7447引脚接到高电平时驱动共阴极七段LED数码管轮流显示对应数据。
利用仿真软件验证设计的正确性，当各引脚输出的高电平频率达到一定程度时，数码管呈现闪烁现象。
关键词：定时器；数码管；译码器；
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目 录
第1章 绪论 .......................................................... 1
1.1 LED显示器动态扫描驱动电路的设计概况 .......................... 1 1.2 本文研究内容 ................................................. 1 第2章 LED显示器动态扫描驱动电路设计 ................................ 2
2.1 LED显示器动态扫描驱动电路总体设计方案 ........................ 2 2.2 具体电路设计 ................................................. 3
2.2.1 多谐振荡器电路设计 ..................................... 3 2.2.2 计数器的设计 ........................................... 3 2.2.3 译码器的电路设计 ....................................... 4 2.2.4 共阴极LED动态驱动电路设计 ............................. 5 2.2.5 七段数码管的设计 ....................................... 5 2.3 元器件型号选择 ............................................... 6 2.4 MULTISIM仿真图 ................................................ 7 第3章 课程设计总结 .................................................. 8 参考文献 ............................................................. 9 附录Ⅰ .............................................................. 10 附录Ⅱ .............................................................. 12
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第1章 绪论
1.1 LED显示器动态扫描驱动电路的设计概况
随着计算机技术和电子技术的飞速发展和广泛应用,电器设备的输出显示技术也变得复杂多样,诸如CRT显示、LCD显示、多位LED显示及发光二极管显示等应运而生。在这些显示当中,LED及发光二极管显示电路较为简单,成本也较低,在功能单一的仪器仪表与机电设备中应用较广。但当设备显示的点或位较多时,就需要采用一定的驱动电路与相应的驱动方式。
所谓动态显示就是让各位显示元件分时工作。若刷新的速度太高，显示元件的开关速度却不够高，以致在前一个字符尚未完全熄灭的情况下，后续的字符段就点亮。若刷新的速度太慢时，将发生闪烁。因此刷新频率不要低于 100 HZ ，肉眼观察到的数码的显示情况将是连续的。利用动态显示法可以降低系统功耗，减少成本。
在LED的驱动和显示单元的设计中,采用的方式有许多种:利用计算机芯片的端口作为LED的驱动口,并通过软件编程加外部驱动实现,缺点是占用计算机芯片的时间和相关资源；利用专用接口芯片如Intel8155、8255等作为计算机芯片的端口扩展,并通过软件编程加外部驱动实现,缺点是电路较复杂,功耗较大,也要占用计算机芯片的时间和相关资源；利用显示专用芯片如Intel8279、MAX7219、PS7219等,可实现较复杂的功能,但其占用计算机芯片端口还是较多,并且芯片价格较高。大多数显示驱动器都没有严格的总线时序,在强干扰环境下容易造成时序混乱,使显示不正常。
1.2 本文研究内容
对于LED显示器动态扫描驱动电路设计首先用555定时器产生固定频率的信号作为节拍发生器的时钟，将此时钟连到由74LS160接成的四进制加法计数器上，由具有八个译码输出端的74LS138作为数码管的译码器。其次，当7447引脚接到高电平时驱动共阴极七段LED数码管轮流显示对应数据。最后利用仿真软件验证设计的正确性，当各引脚输出的高电平频率达到一定程度时，数码管呈现闪烁现象。
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第2章 LED显示器动态扫描驱动电路设计
2.1 LED显示器动态扫描驱动电路总体设计方案
方案一：本设计的电路可以使用集成芯片74LS138、74LS160。对于74LS160可以接成任意进制的加法计数器，再由74LS138译码器控制哪一个选通，从而实现设计要求的四位LED的显示屏的显示。对于本设计的要求实现动态驱动扫描，显然不能够满足，因此本设计不采用此方案。
方案二：对于此电路的实现可以由555定时器产生时钟脉冲，通过计数器控制译码器，由译码器控制输出中间级使其数据传送到LED七段数码显示管。这里计数器采用74LS160设计成同步四进制加法计数器，译码器采用74LS138译码器。LED显示按要求采用4位分立元件，其內部由多只发光二极管构成，按连接方式不同可分为共阳极LED与共阴极LED，其电路特性基本一致：发光二极管导通压降为1.2V～1.8V，正向工作电流为2mA～15mA，本设计采用共阴极连接方式。在显示驱动方式中，采用集成芯片7447驱动。当扫描到公共端时，LED驱动器分别对应输出a～dp的显示段，LED就能正常显示。
综上所述，对于LED显示器动态扫描驱动电路的设计采用方案二。 总体设计框图如下：
图 2.1 总体方案框图
节拍发生器 控制计数器 显示译码器 器 显示
节拍发生器用于产生时钟脉冲，为后续电路提供脉冲信号；控制计数器用于控制整体电路的循环次数；显示译码器的功能是将计数器给出的四组二进制BCD码转换成相对应的地址码；显示器用于显示地址码相对应数字。
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2.2 具体电路设计
2.2.1 多谐振荡器电路设计
用555定时器连接成多谐振器，作为节拍发生器的时钟。如图2.2所示
图2.2 用555定时器构成的多谐振荡器
2.2.2 计数器的设计
计数器选用集成电路74LS160进行设计较方便。74LS160是同步四位十进制加/减计数器,它具有同步清零、同步计数的功能。本设计需要应用74LS160设计出同步四进制加法计数器，如图2.3所示
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图2.3四进制加法计数器
2.2.3 译码器的电路设计
译码器选用集成电路74LS138进行设计比较简单。74LS138的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号或另外一个代码。1、2、3引脚接入输入信号，4、5、6引脚接入MREQ，其它引脚为编译后的输出，8引脚接地，16引脚接电源。其片子引脚图如图2.4所示。
图2.4 74LS138引脚图
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2.2.4 共阴极LED动态驱动电路设计
动态驱动是将所有数码管使用一个专门的译码驱动器，使各位数码管逐个轮流受控显示，这就是动态驱动。由于扫描速度极快，显示效果与静态驱动相同，所以可以用7447来驱动，7447的引脚图如图2.5所示：
图2.5 7447引脚图
LED显示器分类：
（1）按字高分：笔画显示器字高最小有1mm（单片集成式多位数码管字高一般在2～3mm）。其他类型笔画显示器最高可达12.7mm（0.5英寸）甚至达数百mm。
（2）按颜色分有红、橙、黄、绿等数种。
（3）按结构分，有反射罩式、单条七段式及单片集成式。 （4）从各发光段电极连接方式分有共阳极和共阴极两种。
所谓共阳方式是指笔画显示器各段发光管的阳极（即P区）是公共的，而阴极互相隔离。所谓共阴方式是笔画显示器各段发光管的阴极（即N区）是公共的，而阳极是互相隔离的。该单元电路采用共阴极连接方式。
2.2.5 七段数码管的设计
七段数码管在工业控制中有着很广泛的应用,例如用来显示温度、数量、重量、日期、时间，还可以用来显示比赛的比分等，具有显示醒目、直观的优点。七段数码管的具体工作原理可叙述如下：首先将数码管要显示的8分为七段如图2.6所示。
这七段分别由七个发光二极管构成，如图2.7所示。根据数码（0，1，2，3，
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4，5，6，7，8，9）来决定七段中的某一段或几段进行显示，例如如果数码为0，则显示0、1、2、3、4、5段，即点亮0、1、2、3、4、5段。对于其它的数字我们依次类推。
为了能以十进制数码直观地显示数字系统的运行数据，目前广泛使用了七字符显示器，或称做七段数码管。这种字符显示器由七段可发光的线段拼合而成。常见的七段字符显示器有半导体数码管和液晶显示器两种。半导体数码管和液晶显示器都可以用TTL或CMOS集成电路直接驱动。为此，就需要使用显示译码器将BCD代码译成数码管所需要的驱动信号，以便使数码管用十进制数字显示出BCD代码所表示的数值。
图2.6 七段LED显示器
图2.7 LED显示器的等效电路图（共阴极）
2.3 元器件型号选择
所谓动态驱动实际就是分时点亮不同位置的数码管，由于人眼的惰性，当数码管熄灭的时间小于1/25秒=40ms时，给人们感觉是一直被点亮。所以每位数码
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管点亮时间T=40ms/数码管位数；
555构成的多谐振荡器的周期T=C(R1+2R2)㏑3，取R1=R2，C=0.01uF，由于设计时要考虑提供更高的驱动电流，才能满足亮度的要求。所以由T=40ms, C=0.01uF, ㏑3=0.69，计算出R1=R2=193 KΩ。
由于LED显示器是以LED为基础的，所以它的光、电特性及极限参数意义大部分与发光二极管的相同。但由于LED显示器内含多个发光二极管，所以需有如下特殊参数：发光强度:由于数码管各段在同样的驱动电压时，各段正向电流不相同，所以各段发光强度不同。所有段的发光强度值中最大值与最小值之比为发光强度比。比值可以在1.5～2.3间，最大不能超过2.5。
2.4 Multisim仿真图
由555定时器构成多谐振荡器，由此提供脉冲信号，脉冲信号通过译码器，由译码器输出后传给数码管。电路部分仿真效果图如下:
图2.8 电路部分仿真效果图
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第3章 课程设计总结
我所设计的题目是LED显示器动态扫描驱动电路的设计，初次接触这个题目，难免觉得有些茫然，但是通过不断地查找书籍，翻阅资料，逐步的对此次设计的题目有的清晰的概念。通过近段时间的不断学习，我深刻的体会到理论联系实际的重要性，应且意识到在工作中要不断地用理论来指导实践，用实践来深化理论，做好这些的前提就是要深入掌握理论知识，并且综合运用所学的基础知识理论和基础技能来分析解决实际问题，此过程不仅巩固了所学的知识，而且还扩大了专业知识面，为以后的工作打下基础。
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参考文献
[1] 阎石主编.《数字电子技术基础》.北京高等教育出版社.2006年5月 [2] 鲁宝春主编.《数字电子技术基础学习指导》.北京东北大学出版社.2012年2月
[3] 郑学坚主编.《微型计算机原理及应用》.北京清华大学出版社.2011年3月
[4] 王景利主编.《电子技术基础实验》.北京东北大学出版社.2011年1月 [5] 张玉璞主编.《电子技术课程设计》.北京理工大学出版社.2010年2月 [6] 郭海文主编. 《电子实验技术》. 中国矿业大学出版社.2008年5月 [7] 高吉祥 主编 电子技术基础实验与课程设计 电子工业出版社，2005年 [8] 陈大钦 主编 电子技术基础实验 高等教育出版社，2000年6月 [9] 王振红 主编 电子技术基础实验及综合设计 机械工业出版社，2007年3月
[10]徐小军 主编 电子技术基础实验与课程设计指导 东南大学出版社，2004年12月
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附录Ⅰ 整体电路图
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附录Ⅱ 元器件清单
元器件名称 参数 元器件名称 参数 集成IC 集成IC 集成IC 集成IC
74LS138 74LS160 555 7447 七段数码管 与非门 电源 HDSP7303 5V 11
LED显示器动态扫描驱动电路要点
