数字显示

一、概述这个数列显示电路设计，就是通过一个七段数码显示出来。运用计数器的不同功能和不同接法就可以实现不同的序列输出了。为了实现显示器能够依次循环输出自然序列、奇数序列、偶数序列还有音乐序列。在设计的时候还用到了一个移位寄存器，可以利用它的输出端来控制四个计数器的工作情况，可以让四个计数器依次工作，就可以达到要求的依次循环输出序列。除此之外，还有一部分就是脉冲的产生，基于多谐振荡器可以产生矩形波，可以利用它来产生脉冲信号了，而这个多谐振荡器是采用的555定时器来完成的。整个电路的设计就是由这三部分连接在一起组成的。二、方案论证方案一：设计数列的循环有很多种方法，这个方案就是利用移位寄存器将串行数据右移和左移的特点来设计的。先让开关S1拨至与电源相接，这样移位寄存器有了脉冲信号之后就可以实现置数的功能，四个输出端为1000，再将开关拨至与地相接，这时寄存器就可以实现移位的操作了，然后通过脉冲信号的触发下，寄存器的输出就可以从1000-0100-0010-0001,这样就可以实现依次循环了，然后四个输出端用来控制计数器的信号控制端就可以控制序列输出了。电路图如图1所示。方案二：要让四个数列依次循环则采用一个2线-4线译码器和一个四进制计数器。用译码器的输出依次去控制芯片清零端，再通过一个四进制计数器去控制译码器输入，使其在四个输出间不断循环，而计数器的时钟脉冲通过每个芯片的进位端经过一四输1图1用74LS194构成的循环电路原理图入或门输出来控制。用到的是芯片74HC390计数器和74HC139译码管。其电路图如图2所示。其中74HC390计数器的功能表如表1所示。在这里，我们将1位二进制计数器的输出QA接上五进制计数器的时钟脉冲的输入B，则构成8421BCD码十进制的计数器，A为时钟脉冲的输入，QA，QB，QC，QD输入输出R01R02S91S92CPACPBQDQCQBQA110×××000011×0××0000011××1001011××1001R01R02=0S91S92=0CP0二进制计数0CP五进制计数CPQA8421码十进制计数QDCP5421码十进制计数图2用译码器实现的循环电路2表174HC390的功能表为输出，QD是最高位。这两种方案都可以实现数列的循环，第一种方案需要拨动开关，而第二种可以自动依次产生数列。另外第一种开关使其依次产生序列还需要一个脉冲控制，而第二种方案依靠芯片74HC390和74HC139来实现的。74HC390的脉冲信号是由计数器的进位端来控制的，这样就很好的解决了第一种方案的问题。故综上所述，采用第二种方案。数列显示设计电路组成框图如图3所示，脉冲时钟信号输出高低电平，通过四个计数器依次计数，再由译码器译码，通过数码管显示出自然序列、奇数列、偶数列、音乐序列，序列循环的显示由计数器来控制，每一个序列循环完毕后，计数器会产生一个进位信号，使信号通过计数器进而使序列循环起来。奇数列和偶数列的循环为自然序列和音乐序列的二分频，这样能做到每一个数码显示的时间相同。三、电路设计1.自然序列显示电路利用74LS160D计数器（十进制）来实现。在脉冲信号的触发下，计数器的输出端的状态依次为0000-0001-0010-0011-0100-0101-0110-0111-1000-1001-0000-…，其序列显示电路图如图4所示。图3设计电路方框图3计数器脉冲信号译码器脉冲信号音乐序列偶数序列奇数序列数码管显示2.奇数序列显示电路将奇数1，3，5，7，9用8421BCD码分别表示为：0001，0011，0101，0111，1001.可以发现最后一位都为1，因此在上述十进制自然序列的基础上将数码管的最低位接高电平就可以实现奇数列了，但是在脉冲信号CLK的触发作用下，每个数码显示的时间间隔是正常自然序列的2倍，即奇数序列CLK频率是自然序列（或音乐序列）的一半，与偶数序列CLK频率相同。为了实现相邻数码显示时间间隔相等，我们可以利用二分频电路解决上述问题。其序列显示电路如图5所示。图4自然序列显示电路原理图图5奇数序列显示电路原理图43.偶数序列显示电路将偶数0，2，4，6，8用8421BCD码分别表示为0000，0010，0100，0110，1000.可以发现最后一位都为0，因此可以在十进制自然序列的基础上将数码管的最低位接低电平就可以实现偶数序列了，由于奇偶数数列频率、周期相同，故显示的时间间隔也是正常自然序列的2倍，为了实现相邻数码显示时间间隔相等，我们可以利用二分频电路解决上述问题。其序列显示电路图如图6所示。4.音乐序列显示电路音乐序列的特点是从0显示到7后再变为0，这里可以将数码管的最高位固定接低电平就可以实现了。因为74LS160的输出端只有三个与数码管相接，当74LS160的输出为“1000”和“1001”时，由于数码管最高位是固定接低电平的，也就是数码管的输入端仍是“0000”，“0001”.这样数码管的显示就又变成0和1了。音乐序列相邻数码显示的间隔时间与自然序列相同，其间隔时间是奇偶数序列的一半，即音乐序列的CLK频率与正常自然数列相同，是奇偶数数列的2倍。其序列显示电路图如图7所示。图6偶数序列显示电路原理图5其中74LS160D的功能表如表2所示：CLRLOADENPENTCLKABCDQAQBQCQDRCO0××××××××000001000POS××××ABCD*11111POS××××Count*1111××××××QA0QB0QC0QD0*111×1×××××QA0QB0QC0QD0*16．脉冲信号的产生采用多谐振荡器，即在接通电源后，就能产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器。电路图如图8所示。图7音乐序列显示电路图表274LS160D功能图67.二分频电路的设计因为奇、偶数序列显示时间间隔是自然序列和音乐序列的2倍，为了实现显示数字时间间隔相等的要求，可以使用二分频电路，让自然序列和音乐序列的显示时间和奇偶电路显示时间相等。JK触发器可以构成二分频电路。将JK触发器的J、K端均接在高电平，则从输出端Q输出的是二分频后的事件脉冲，其时间间隔为原脉冲的2倍。JK触发器的特性方程为：Q*=JQ’+K’Q(1)其电路图如图9所示。该555计时器的周期公式为：T=(R1+2R2)Cln2(2)频率公式为：f=1/(R1+2R2)Cln2(3)要实现每个数字显示间隔时间在0.5s~2s之间，取T=0.5s,由公式（1）可知，R1=480Ω，R2=480Ω，C=5μF。取T=2s，可知R1=192Ω,R2=192Ω,C=5μF。图8脉冲信号产生电路图7其中多谐振荡器输出的脉冲用来驱动奇数和偶数序列，而二分频电路输出的脉冲用来驱动自然和音乐序列。四、性能测试1.脉冲产生电路的仿真，波形图如图10所示。图9二分频电路图10脉冲产生电路的仿真58从图10中可以看出，脉冲产生电路的周期为10ms，频率为10Hz。2.二分频电路的仿真，波形图如图11所示。从图11中可以看出，脉冲产生电路的周期为21ms，频率为4.76Hz。3.七段数码管的仿真，仿真结果如图12所示。图11二分频电路的仿真9图12七段数码管仿真结果五、结论首先，通过本次课设，我对数字电子技术的应用有了更深入的了解。对所学专业有了进一步的了解，也从中发现了理论方面的缺陷。这次的设计电路我用到了计数器还有译码器，通过自己分析和设计更好地运用了它们，而且还学会了它们更多的功能。另外在分析比较循环电路的环节中，我还考虑过利用移位寄存器来设计循环，可是发现移位寄存器的脉冲不好控制。不过我还是学会了移位寄存器的很多功能，以及通过查阅资料也知道了它的很多种典型电路。最后一个知识点就是利用555定时器来设计多谐振荡器，我采用的电路就是课本里介绍的典型电路，通过这个电路也让我了解了555定时器的功能，还有一个就是利用JK触发器来实现分频的功能。这些都是我这次设计所用到的知识点，通过这次设计我巩固了对这些理论性的知识的理解。总的来说，我觉得这次课设对我们现在的学习以及以后的工作都有很大的帮助，而且使我学会了怎么样分析问题，使我的思维更加缜密，逐步建立了科学严谨的意识。参考文献[1]阎石编.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社.2006年[2]谢自美主编.电子线路设计·实验·测试[M].北京：华中理工大学出版社.2000年[3]孙梅生等编著.电子技术基础课程设计[M].高等教育出版社.1989年[4]谭博学主编.集成电路原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2003年[5]夏路易主编.电路原理图与电路板设计教程[M].北京：兵器工业出版社，2002年[6]戴伏生主编.基础电子电路设计与实践[M].北京：国防工业出版社，2002年[7]薛文，华慧明编.新编实用电子技术[M].福建：科学技术出版社，1999年[8]童诗白，华成英编.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006年[9]沙占友著.中外数字万用表电路原理与维修技术[M].北京:人民邮电出版社，1993年[10]康华光主编.电子技术基础数字部分[M].北京：高等教育出版社，2000年10附录I总电路图11VCC5.0VU3A74HC113D_6V1J3~1Q611K21Q5~1PR4U474HC160N_6VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U574HC160N_6VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U674HC160N_6VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U774HC160N_6VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U2A74HC139DW_6V1Y041Y151Y261Y371A21B3~1G1U1A74HC390N_6V1QA31QB51QC61QD71INA11INB41CLR2U8A4072BP_5VU9A4072BP_5VU10A4072BP_5VU11A4072BP_5VU12A74HC05N_6VU13A74HC05N_6VU14A74HC05N_6VU15A74HC05N_6VGNDU17A4072BP_5VGNDGNDVCC5.0VVCC5.0VVCC5.0VA1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIR11kΩR21kΩC10.01µFC25µFU19ABCDEFGCAU2074LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4附录II元器件清单序号编号名称型号数量1U1十进制计数器74HC390N12U22线-4线译码器74HC139N13U3JK触发器74HC113D14U4–U7十进制计数器74HC160N45U8-U11、U17四输入或门4072BP56U12-U15非门74HC05N47Al555集成定时器NE55518VCC直流电源5V59R1、R2电阻1K210C1电容0.1μF111C2电容3μF112