数字动态扫描显示电路的设计

一、概述

数字动态扫描显示电路是主要由实现信号输入和输出的译码器、LED数码管、555多谐振荡器,节拍发生电路实现动态显示频率的振荡器与部分模拟器件构成的一种电子产品，显示则由四位LED数码管显示，该数字动态扫描显示电路的功能是实现显示动态输入的四位数字。数字动态扫描显示电路是由固定频率的信号做为节拍发生起器的时钟，由它控制节拍发生器各引脚的输出，使各引脚不断的输出高电平影响各个数码管显示，只有在和译码器相连的引脚输出高电平时数码管发光，否则不发光。当各引脚输出高电平的频率达到一定程度时，感觉不到数码管的闪烁，从而保护了数码管并且不会影响数据显示。

二、方案论证

设计一个动态扫描显示电路能够使四位数码管按照一定的顺序轮流地发光显示。 方案一：

方案一原理框图如图1所示。

数字开关 编码器 译码器 振荡器 计数选择器 显示器

图1 动态扫描显示电路的原理框图

方案二：

方案二原理框图如图2所示。

振荡器 节拍发生器 译码器 显示电路

图2 动态扫描显示电路

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本设计采用的是方案二，数字动态扫描显示主要由节拍发生器，译码器，振荡器，和显示器组成。中间实现数值的译码，显示器则实现数字的输出，相应的数字就在相应的LED数码管显示，当开关拔开时则相应的数码管熄灭。数字动态扫描显示电路是由固定频率的信号做为节拍发生器的时钟，由它控制节拍发生器各引脚的输出，使各引脚不断的输出高电平影响各个数码管显示，只有在和译码器相连的引脚输出高电平时数码管发光，否则不发光。当各引脚输出高电平的频率达到一定程度时，感觉不到数码管的闪烁，从而保护了数码管并且不会影响数据显示。

三、电路设计

1振荡电路

为了避免出现闪烁现象，扫描频率不能太低，人眼的临界闪烁是50HZ，一般可将

显示位数乘以50HZ，作为节拍发生器的时钟。

图3 多谐振荡电路

103.1k|?R110VVs 1 VCC 4 OUTclk

7RSTDIS 206.1k|?R2 8THRTRI 10nFCfCONGND 555_VIRTUALTimer10nFC 0

多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，

由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。 用555定时器构成的多谐振荡器图中电容C、电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入（6脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接R1、R相连处，用以控制电容C的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过0.01uF电容接地。电路接通电源的瞬间，由于电容C来不及充电，Vc=0v，所以555定时器状态为1，输出Vo为高电平。同时，集电极输出端（7脚）对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。暂稳态Ⅰ的维持时间，即输出Vo的正向脉冲宽度T1≈0.7(R1+R2)C；暂稳态Ⅱ的维持时间，即输出Vo的负向脉冲宽度T2≈0.7R2C。因此，振荡周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C，

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振荡频率f=1/T。正向脉冲宽度T1与振荡周期T之比称矩形波的占空比Ｄ,由上述条件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2>>R1，则D≈1/2，即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波（方波）。

这里选用555震荡器构成的多谐振荡器输出的脉冲作为节拍发生器的时钟..这里显示的是四位数字，所以本设计中取振荡器频率为280HZ 2.节拍发生器

3 2 4 7 10 11 12 1 5 6 9 O0O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8 O9 ~O5-9 ~CP1 CP0 MR 1413 15

Clk 1 U1

4017BT_10V

0 4017是十进制计数／分频器，它的内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是Q0、Q1、Q2、?、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD4017有10个输出端（Q0～Q9）和1个进位输出端～Q5-9。每输入10计数脉冲，～Q5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。 CD4017有3个输（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1～Q9）均为低电平。CP0和～CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。CD4017有两个时钟端CP 和EN，若用时钟脉冲的上沿计数，则信号从 CP 端输入；若用下降沿计数，则信号从 EN 端输入。 它的各输出端轮流输出高电平，这样可控制与计数器相连的译码器输出,从而控制数码管动态显示数据.具体电路由具有10个译码输出端的计数器4017实现，这里只显示4位数字,所以4017的前四个输出端，由清零端MR控制Q1~Q3四个引脚轮流的输出高电平。

当计数器计到四时,Q4引脚输出高电平使MR为高电平,计数器清零.如此循环,可驱动数码管轮流发光显示相应的数字. 3.译码器

译码器使用的是共阴极译码器74SL48.将Q0~Q3分别接到四个译码器的BI消隐输入端，当哪一个引脚的输出为高电平时，该位译码器为高电平，可以驱动相应数码管发光显示。其它的则暂时不发光（注意用共阴极译码管时要接要接与之相对应的电阻，）

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图4 4017构成节拍发

74LS48显示译码器是用来驱动显示器件的，以显示数字或字符的MSI部件。显示译码器随显示器件的类型而异，与数码管相配的是BCD十进制译码器，而常用的发光二极管（LED）数码管、液晶数码管、荧光数码管等是由7个或8个字段构成字形的，因而与之相配的有BCD七段或BCD八段显示译码器。

161312111091514VCCOAOBOCODOEOFOG71263548~LT~RBI~BI/RBOGNDU274LS48DABCD

图5 译码器74LS48

BCD 七段译码器的输入是一位BCD码（以D、C、B、A表示），输出是数码管各段的驱动信号（以OA~OG表示）也称4----7译码器。若用它驱动共阴LED数码管，则输出应为高有效，即输出为高（1）时，相应显示段发光。例如，当输入DCBA=0100时，应显示4，即要求同时点亮b、c、f、g段，熄灭a、d、e段，故译码器的输出应为OA~OG=0110011，这也是一组代码，常称为段码。同理，根据组成0~9这10个字形的要求可以列出8421BCD七段译码器的真值表，见表1。

表1 74LS48真值表

E1 0 x 1 1 1 1 1 1 1 1 E2+E3 x 1 0 0 0 0 0 0 0 0 A B C x x x x x x 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 4.数码管

LED数码管实际上是由七个发光管组成7字形构成的。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的2个8数码管字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，

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也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A.B、C、D、E、F。

七段LED显示器也称数码管，是具有发光二极管组成的一个阵列，七段LDE共有九条引脚，其中a b c d e f g dp八条引脚为二极管显示引脚，最后一条引脚为数码管的驱动引脚。

CKU6ABCDEFG

图6 LED数码管

常用的LED显示器有共阳极和共阴极两种结构，共阳极就是第几脚引脚输入信号为高电平时，相应的二极管就发亮，如a=1,则a发光二极管发光，共阴极就恰恰相反，输入信号为低电平时，相应引脚踩发亮。本实验采用的是共阴极（阴极真值表见表2）。

表2 显示真值表

数字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

5

A B C D E F G 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1