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1、湘潭大学湘潭大学课程设计说明书课程设计说明书题题目：目：数字动态扫描显示电路设计数字动态扫描显示电路设计课程名称：电子技术综合设计课程名称：电子技术综合设计学学院：信息工程学院院：信息工程学院专专业：自动化业：自动化学学号：号：姓姓名：名：指导教师：指导教师：完成日期：完成日期：20172017 年年 3 3 月月课 程 设 计 任 务 书设计题目设计时间学生姓名设计任务及要求：设计任务及要求：设计任务：设计任务：（1）设计一个动态扫描显示电路，能够使各数码管按照一定的顺序轮流发光显示。（2）振荡电路输出方波频率 200Hz。（3）采用 D 触发器设计顺序脉冲发生器，要求输出状态为 0000-
2、0001-0010-0100-1000-0000。（4）显示译码器输入数据分别为 1、2、3、4。（5）利用顺序秒冲发生器的输出脉冲控制显示译码器的消隐控制端。选做扩展功能：设计一个数据生成电路，能用脉冲发生器的输出信号控制数据产生成路产生不同数据，并送至显示器。数字动态扫描显示电路设计数字动态扫描显示电路设计2017.3学号班级基本要求：基本要求：（1）拟定数字动态扫描显示电路的组成框图，并对不同设计方案进行性能对比及经济决策分析；（2）设计各单元电路，并用 Multisim 软件仿真；（3）在通用电路板上焊接电路；（4）测试系统的逻辑功能；（5）写出设计报告。设计报告要求：写出详细地设计过
3、程、调试步骤、测试结果分析及心得体会。目目录录摘摘要要：.0 01.1.设计背景设计背景.1 11.11.1设计目的设计目的.1 11.21.2任务阐述任务阐述.1 11.31.3任务分析任务分析.1 11.41.4课题项目管理计划进度表课题项目管理计划进度表.1 12.2.设计方案设计方案.3 32.12.1系统方案设计系统方案设计.3 32.22.2单元电路设计单元电路设计.3 32.32.3完整电路设计完整电路设计.5 53.3.方案实施方案实施.6 63.13.1系统仿真及性能分析系统仿真及性能分析.6 63.23.2硬件制作与调试硬件制作与调试.6 64.4.结果与结论结果与结论.7
4、 74.14.1设计结果设计结果.7 74.24.2设计结论设计结论.7 75.5.收获与致谢收获与致谢.8 86.6.参考文献参考文献.9 97.7.附件附件.1010数字动态扫描显示电路设计数字动态扫描显示电路设计摘摘要：要：动态扫描显示技术已被广泛应用。为深入理解其工作原理,设计采用了一个环形计数器来作为动态扫描输出信号,通过译码器电路完成数码管显示,文章说明了具体设计和实现方式以及意义。该设计对数字电路综合性、设计性实验的开发是一次成功学习。关键词：关键词：动态扫描显示;环形计数器;74LS47 译码器01.1.设计背景设计背景1.11.1 设计目的设计目的1.掌握动态显示技术的工作原
5、理及其应用；2.掌握环形计数器电路、数码管译码器电路的知识；3.了解数字电路知识；4.通过实验培养学生的市场素质，工艺素质，自主学习的能力，分析问题解决问题的能力以及团队精神。1.21.2 任务阐述任务阐述1.设计一个动态扫描显示电路，能够使各数码管按照一定的顺序轮流发光显示。2.振荡电路输出方波频率200Hz。3.采用 D 触发器设计顺序脉冲发生器，要求输出状态为 0000-0001-0010-0100-1000-0000。4.显示译码器输入数据分别为 1、2、3、4。5.利用顺序秒冲发生器的输出脉冲控制显示译码器的消隐控制端。1.31.3 任务分析任务分析根据设计任务要求考虑使各位数码管按
6、照一定顺序轮流发光，故选择采用 4 个CD4511 数码管译码器驱动数码管工作。为使得数码管依次点亮，选择使用D 触发器和门电路构成环形计数器来完成顺序脉冲发生器。而驱动顺序脉冲发生器时钟信号采用 555 芯片输出方波较为方便，且波形稳定。1.41.4 课题项目管理计划进度表课题项目管理计划进度表序号1234各阶段完成的内容查阅相关文献资料、课题调研掌握设计软件、制订进度计划系统方案的比较和选定，经济决策分析单元电路设计、参数计算及元器件选择1完成时间2017.3.122017.3.12-2017.3.132017.3.13-2017.3.142017.3.14-2017.3.1656789系
7、统仿真及性能分析仿真结果检查系统硬件制作及调试硬件制作结果检查撰写课程设计说明书2017.3.162017.3.192017.3.192017.3.202017.3.202017.3.242017.3.242017.3.262017.3.262017.3.2822.2.设计方案设计方案2.12.1 系统方案设计系统方案设计1.使用专用芯片实现动态扫描显示设计原理：MAX7219是美国 MAX IM(美信)公司推出的多位 LED 显示驱动器芯片。它内含硬件动态扫描显示控制,每个芯片可驱动 8 个 LED数码管。我们通过将数码管专用芯片的输出单元与数码管显示单元相连接，可以实现多位数码管的动态显示
8、。经济决策分析：MAX7219 价格昂贵且不易购买。2.用顺序脉冲发生器实现动态扫描显示设计原理：555 芯片工作在非稳态模式时可产生方波作为整个电路的触发信号；设计了一个由 74LS74 组成的环形计数器来作为动态扫描输出信号,4个 D 触发器的时钟脉冲连接在一起,通过控制 CLK时钟频率来调节环形计数器的计数速率,从而可以得到不同频率的动态扫描信号；采用数码管专用译码芯片 CD4511 控制数码管要显示的数字；采用BS201 共阴极数码管组成显示单元。经济决策分析：芯片价格合理，稳定性高，市场占有率大。图 2-2 用顺序脉冲发生器实现动态扫描显示系统框图图 2-1 使用专用芯片实现动态扫描
9、显示系统框图数码管专用芯片输出单元数码管显示单元555方波信号输出单元顺序脉冲触发单元数码管动态显示单元数码管译码单元2.22.2 单元电路设计单元电路设计本电路由四部分组成：1.555 方波输出单元。振荡频率f=+=(1211.431+22)3占空比q=1+21+2=11+22器材选择：R1=1k，R2=37K，C=0.1uf2.顺序脉冲触发单元状态方程：Qn10Qn0Qn1Qn2Qn11Qn0Qn12Qn1图 2-3 逻辑图Qn13Qn2器件选择：74LS74 74LS20 74LS043.数码管译码单元图 2-4 波形图CD4511 真值表：表 2-1 真值表字符A0A1A2A31100
10、0201003110040010器件选择：CD45114.数码管显示单元数码管显示电路采用共阴极接线。器件选择：BS20142.32.3 完整电路设计完整电路设计图 23 完整电路图设计工作原理说明：1.555 芯片工作在非稳态时可以输出一定频率和占空比的方波，将它的输出端接出作为电路的脉冲触发信号。2.由两片 74LS74 芯片的 4 个 D 触发器和一定的与非门构成环形计数器，实现顺序脉冲触发，并将输出接至 4 个译码器的选通端。输出占空比为 555 输出方波占空比的四分之一。3.由 4 片 CD11 译码器与数码管直接相连，将对应的字符显示到相应数码管上。由于各选通端的方波相位差依次为/
11、2，且频率大于人眼可分辨的频率 50Hz，所以可实现数码管的动态显示。4.共阴极数码管的公共端接地，段选端置高即可点亮相应段位。53.3.方案实施方案实施3.13.1 系统仿真及性能分析系统仿真及性能分析系统仿真时可看到数码管动态显示数字 1 2 3 4，符合课题要求。用示波器测试555 定时器输出波形，可见稳定方波，频率大于 200Hz；用示波器测试译码器选通端，可见稳定方波，频率大致为 555 输出方波频率的四分之一，且四个波形相位分别相差/2。3.23.2 硬件制作与调试硬件制作与调试1.使用的主要仪器和仪表；电烙铁，示波器，万用表，学生电源。2.调试电路的方法和技巧；用万用表检查 VC
12、C、GND 是否有短路；用示波器检查 555 芯片的输出波形；用示波器检查译码器选通端波形。焊接时分模块进行，每焊接完一个模块检查后再进行下一个，最后一个模块焊接完成后连接所有模块再次检查。3.测试的数据和波形，并与理论计算结果进行分析比较；555 输出波形频率理论计算为 192.4Hz，实际测试频率为 173.5Hz；数码管闪烁频率理论计算为 48.1Hz,实际测试频率为 43.4Hz.4.调试中出现的故障、原因及排除方法；上电前发现 VCC、GND 有短路现象，74LS74 芯片的 VCC 均接到了 GND，由万用表检查和观察发现。第一个数码管应显示“1”，但是未完全显示，因为有一个引脚未
13、连接到译码器上，由排除、查引脚图和观察发现。“3”“4”显示顺序反了，译码器输入端接错了，由观察发现。64.4.结果与结论结果与结论数字动态扫描显示电路,在数字显示领域中的应用越来越广泛,有简单的,也有复杂的;有用中规模集成电路实现的,也有用大规模集成电路实现的;有用纯硬件电路直接实现的,也有软硬件结合实现的。本方案是间接控制法,即把位选通信号加至译码驱动器的消隐控制端,间接地控制 LED 的亮灭。对静态显示的改进虽然能降低显示功耗,但不能简化电路,它仅适用于由通用数字集成电路构成的仪器。本次实验对设计和应用同类电路有良好的借鉴作用和参考价值。4.14.1 设计结果设计结果在误差允许范围内实现
14、了数码管的动态显示。4.24.2 设计结论设计结论通过输入电压和调节 555 定时器的输出频率，验证了数码管显示的频率值。75.5.收获与致谢收获与致谢通过这周的实训，我学习到了很多从前没有接触过的知识。使我们把知识和动手实践有效的结合起来。让我们也深深的体会到了动手和理论是密不可分的。在实训中，我们认识了很多电动设备，了解了它们的性能，使用方法及作用。它们为我们的生活带来了很多的便捷。但这次实训也并不是一帆风顺。周一检查仿真时指导老师指出我的数码管显示频率不够，原来是 NE555 电阻值的问题，回去后再次计算并修改了。在做实物时也遇到了一些问题，通过自己的检查和跟同学们的讨论，最终元蛮王成了
15、这次实训。通过实训，同学们的友谊也增进了不少，很多不太会做的实验在同学们的帮助下完成了。我们通过相互学习，相互沟通，一起研究，让很多的实验都做得相当的成功，心中的成就感与自豪感油然而生。还有我们兢兢业业的老师，他们和我们一起忙活，看着围在他身边的那一圈圈的人，他也总会耐心的为我们讲解，直到我们听懂为止。所以要特别感谢我们的老师！老师，您辛苦了！86.6.参考文献参考文献1 阎石.数字电子技术基础（第六版）M.北京:高等教育出版社,2016:375-382.2 卢庆林.数字动态扫描显示电路设计J.组合机床与自动化加工技术.2007,2(2):56-60.3 余江.动态扫描显示电路实验的设计与实习
16、J.实验科学与技术,2008,1(6):85-86.4 卢庆林.数字电子技术基础实验与综合训练M.北京:高等教育出版社,2004.23-245 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程 M.北京:电子工业出版社,2005.15-1697.7.附件附件附件列表：1）问题回答记录2）元器件清单3）设计图纸（仿真图）4）实物制作图5）实物上电效果图6)波形图10附件附件 1 1：问题回答记录表：问题回答记录表学号：2015500132姓名：李文晴专业、班级：15 自动化 4 班老师所提问题：1、仿真检查如何实现顺序脉冲触发的？2、硬件检查四个译码器的选通端的波形有什么特点？学生回答问题：1、设计一个了
17、环形计数器来作为动态扫描输出信号,由 4 个 D 触发器构成,最后一个 D 触发器的 Q 端与第一个 D 触发器的 D 端连接在 一起,从而构成一个左循环计数器,4 个 D 触发器 的时钟脉冲连接在一起,通过控制 CLK 时钟频率 来调节环形计数器的计数速率,从而可以得到不同频率的动态扫描信号。2、频率是 555 输出频率的 1/4，各波形在相位上依次滞后 90 度。11附件附件 2 2：元器件清单：元器件清单序号器件名称型号数量1 12 23 34 45 56 67 78 89 910101111555555 定时器定时器上升沿双上升沿双 D D 触发器触发器四输入与非门四输入与非门反相器反
18、相器共阴极数码管共阴极数码管3-83-8 译码器译码器电容电容电容电容电阻电阻电阻电阻电阻电阻NE555DNE555D74LS7474LS7474LS2074LS2074LS0474LS04BS201BS201CD4511CD45110.1uf0.1uf0.01uf0.01uf27K27K10K10K1K1K1 12 21 11 14 44 41 11 11 11 11 112附件三：设计图纸附件三：设计图纸附图 31附图 32附图 3313附件四：实物制作图附件四：实物制作图附图 41附图 4214附件五：上电效果图附件五：上电效果图附图 5-115附件六：波形图附件六：波形图附图 61附图 6216设计成绩评定：设计成绩评定：序号123456考核内容设计方案是否正确，是否有创新之处仿真结果是否正确硬件制作是否规范硬件运行结果是否正确口头表述是否清楚设计报告是否规范、组织表述是否准确、清晰加权总分评定权重系数0.20.20.10.20.10.2评分百分制成绩与等级制成绩对应关系如下：90 分（含）以上优秀；80（含）-90 之间良好；70（含）-80 之间中等；60（含）-70 之间及格；60 分以下不及格。总 成 绩：指导教师：指导教师：年月日17