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1、趣味显示器设计一、 设计目的电子综合设计是在学完模拟电子技术根底和数字电子技术根底的课程之后，安排的教学与生产实际相结合的重要实践教学环节。在电子综合设计的过程中，使学生能综合运用自己的所学知识，从而培养学生观察问题、解决问题的能力。为今后的毕业设计、工程实践打下一定的根底。通过完成一个课题的电路设计、理论分析计算和实验调试任务，巩固和加深电子技术课程中所学的理论知识和实验技能。本次的课程设计，主要完成数字电路实现对“米字符显示器的控制，掌握集成数字芯片的使用方法和“米字符显示管的使用。通过实现对“米字符显示管的控制，进一步了解根本数字电路的控制原理，并且掌握对简单实用电路的分析方法和工程设计
2、方法。二、 设计要求1、 设计题目：趣味显示器设计。2、 根本功能：使用“米字符显示管设计一个能控制8个“米字符显示管的显示器，要求能控制形成形成多种字母和数字。3、 扩展功能：通过调节电位器的数值可以调节显示器的显示频率和实现显示器的字符可调节功能。4、 要求独立查阅相关资料，进展理论设计、元器件选择。5、 要求独立进展印刷线路板的组装、焊接、调试，并实现根本功能。三、 设计工具工具名称数量数字万用表一只电烙铁含烙铁架一只焊锡丝一圈连接线假如干镊子一个梅花螺丝刀一只扁口螺丝刀一只电压源一个四、 整体设计1、资料查阅趣味显示器主要分为显示局部和数字控制局部，显示器采用多个“米字符显示管来实现显
3、示功能，“米字符显示管共有16段笔画A-P，用它可以显示很多字符和数字，比如26个英文字母、阿拉伯数字等等简单字符，不仅如此，在活用了“米字符按显示管后可以扩展显示许多字母字型。2、设计思路由于用多段“米字符显示管来显示时，需要动态扫描每一个“米字符显示器。这时就需要采用计数器芯片来实现，然而又考虑到计数器工作时需要有时钟信号来控制，这时就需要设计一个震荡电路来产生时钟信号。当计数器工作后，每输出一个高电平片选就将一个“米字型字符管点亮，而每一个“米字型字符管所显示的字符采用拨码开关来做未选或用二极管锁存位信号。根据设计要求，一个十进制计数器/分频器可以外接十路输出信号，故可以选用十个“米字型
4、字符管，通过拨码开关或者更改二极管的连接方式可以形成多种字母和数字。设计方案中产生震荡信号所用的数字芯片为CD4069，十路输出计数器采用十进制计数器/分频器CD4017，计数信号通过74HC373来驱动共阴“米字型字符管。3、系统框图系统的总体框图如下：显示局部电路计数控制电路稳压电路震荡电路复位电路图一：系统总体框图4、方案选择方案一：采用共阳极“米字型字符管，通过使用MOS管来驱动，位选时通过使用二极管来锁存位信号，电路采用一个“米字型字符管，电路图如如下图所示：图二：趣味显示器方案一方案二：采用共阴“米字型字符管，通过使用74HC373来驱动，位选时通过使用拨码开关来改接位选，这种方案
5、使用八个“米字型字符管作为显示局部，其显示电路如如下图：图三：趣味显示器设计方案二比照这两个方案，我发现如果采用方案一，如此需要外接十个MOS管来锁存位信号，并且需要焊接较多的矩阵二极管，而且焊好后不容易改动，焊接工作量较大、需要的元件较多。方案二采用锁存器芯片74HC373来输出控制信号，通过拨码开关来改变位选，可以达到轻松显示任意字符的目的，并且结构简单清晰，使用的元器件也相对较少。综上所述，考虑到要求控制多个“米字型字符管，由于矩阵式结构复杂，应当选择方案二。五、 主要元件介绍与工作原理1、显示元件“米字型显示管工作原理“米字型字符管由十七段发光二级管单元包括一个小数点组成，根据发光二极
6、管单元的连接方式分为共阳极“米字型字符管和共阴极“米字型字符管。共阳极“米字型字符管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极的“米字型字符管，共阳极“米字型字符管在应用时应将公共极接到+5V，当某一段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮；当阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴“米字型字符管是指将所有发光二级管的阴极接到一起形成公共阴极的“米字型字符管，共阴极“米字型字符管在应用时应将公共极与地线GND相接。当某一段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮；当某一段发光二极管的阳极为低电平时，相应字段就不亮。“米字型字符管外部结构图如如下图所示：图四：“米字型字符管外部机构图“米字
7、型字符管共有16段笔画A-P，可以组成很多字段，局部显示字母选择段如如下图所示：图五：字母显示图2、十进制计数/分频器CD4017简介十进制计数/分频器CD4017的内部由计数器与译码器两局部组成，有译码器输出实现对脉冲信号的分配整个输出时序就是0、1、2、9依次输出与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD4017有10个输出端09和一个进位输出端CARRY-OUT。每输出10个计数脉冲，进位端就得到一个进位正脉冲，改良位输出信号可以作为下一级的时钟脉冲。CD4017有3个输入端MR、CP0、CP1，MR为清零端，当在MR端加上高电平或正脉冲时其输出0为高电平，其余输出端19均为低电平。CP
8、0和CP1是2个时钟输入端，假如要用上升沿来计数，如此信号从CP0输入；如果要用下降沿来计数，如此信号由CP1端输入。设置两个时钟输入端，级联时比拟方便，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，故可以直接当作顺序脉冲发生器。十进制计数/分频器CD4017的引脚图如下：图六：CD4017引脚图3、反相器CD4069反相器是可以将输入信号的相位反转180度，反相器TTL特点：工作速度快、负载能力强、传输特性好。反相器CD4069的结构图如下图所示。图七：CD4069结构图4、74HC373的原理与应用74HC373为三态输出的八路D透明锁存
9、器，有54S373和74HC373两种线路结构形式，373的输出端O0O7可直接与总线相连，当三态允许控制端OE为低电平时，O0O7为正常逻辑状态，可以用来驱动总线和负载。当OE为高电平时，O0O7呈高阻态，即不驱动总线，也不驱动负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存器允许端LE为高电平时，O随数据D而变，当LE为低电平时O被锁存在已建立的数据电平。由LE端施密特触发器的输入滞后作用使得交流和直流噪声抗扰度被改善为400mV。输出端符号：D0D7为数据输入端，OE为三态允许控制端低电平有效，LE为锁存允许端，O0O7为数据输出端。74HC373的管脚图、逻辑图和真值表如如下图所示：图八：
10、74HC373管脚图图九：74HC373逻辑图和真值表六、系统电路设计1、电源稳压局部由于数字芯片是使用+5V电压驱动，所以为了保证系统能正常工作，故稳压局部采用LM7805来稳压，其电路如如下图所示。图十：稳压电路2、 振荡局部电路本次课程设计采用的芯片CD4069共有6组反相器，设计中只使用3组反相器作为振荡器使用；为了减小点解电容漏电对定时精度的影响，故需要用电容C1、C2串联形成振荡电容，电容串联后的容量为一半。调节电位器W的大小可以改变振荡器的振荡频率，即可以改变显示器的显示速度，W数值大，振荡器的频率越低，显示器的显示速度越慢，反之如此快。振荡器的振荡频率F=1/3.0*(W+R2
11、)*5.0uF，图中的电阻R1是保护电阻，其对振荡器的频率几乎没有影响，振荡器的输出脉冲信号传给CD4017，振荡电路如如下图所示：图十一：振荡电路3、控制局部电路CD4017为十进制计数器/分频器，该电路有10个输出端09，其主要功能是为每输入一个脉冲信号对应计数器的输出端有一个高电平输出，由于其是十进制计数器，所以每输入10个脉冲信号其输出端就按顺序输出一次。控制局部电路如下列图。图十二：控制局部电路4、复位局部电路如下图为计数器的上电自动清零装置，当接上直流电压时由于电容器的点位不能突变，所以在计数器的RESET脚R端上产生清零电压，以保证计数器从第一个状态开始计数。图十三：CD4017
12、复位电路5、显示局部电路显示局部电路采用拨码开关位选，显示器采用共阴极“米字型字符管，显示局部如图三所示，由于采用十进制计数器的计数状态，每次显示一个字符，一共可以显示10个字符，比如要显示GOOD，共四个状态，第一个状态为G，从图四可以看出，要显示“G需将A、B、D、E、F、G、H、M八段和驱动器通过拨码开关相接，其余不需要点亮的笔画如此不需要接通；第二状态显示“O，如此需要将显示器的A、B、C、D、E、F、G、H共八段通过拨码开关接通，其余的不用接通；以此类推，需要点亮的笔画就接通二极管和驱动器，不需要点亮的笔画就不接通，这样就能显示很多的字符。6、元器件清单序号名称型号数量1“米字型字符
13、管LTP5882反相器CD406913计数器CD401714锁存器74HC37315电解电容100uF26电解电容10uF27稳压二极管IN414818拨动开关SW19按键开关SW110稳压芯片LM7805CK111电容100pF212电容22uF113电阻100K214电阻1K115可变电阻器100K116电阻2001178单元集成排阻2001618编码开关SEDIP-816七、系统调试与结果这次的课程设计，我们做的是硬件设计，所以这次的调试过程主要为硬件调试。首先，我们先提出设计方案，然后交给教师批阅，在指导教师的帮助下，我们确定方案后就开始按照电路图焊接电路。焊接电路的过程中，我们按照指
14、导教师的指导，每焊接好一局部电路，我们都先测试一下电路是否有断路，有的话就立即检测、排除，没有才继续焊接其他单元电路；当我们焊接好所有的电路后，通电调试时发现字符管没有被点亮，然后我们断电后开始检测，原来是字符管的端接错了，进过改良后顺利的显示了我们想要实现的功能。 八、设计心得体会通过这次电子综合设计，我们不但设计了电路原来图，还有硬件实现任务。首先我们从查阅资料开始，逐一了解各个元器件的管脚图和工作原理，从没有头绪到有了清晰的设计思路，在教师的悉心指导下，我们顺利的设计出了可行的方案，从而完成了电路图的设计。在连接和调试电路上我们也遇到了很多的困难，首先是不知道“米字型字符管的管脚分配方式
15、，所以我通过数字万用表逐一尝试找到了共阴极“米字型字符管的管脚分配。其次是布线的问题，从电路图上可以看出布线不复杂，可是实际布线却没有那么容易，所以我通过教师的指导，先对整个实际电路有一个整体的了解，根本分析出了布线的方式，然后仔细的分析各个模块之间的联系，最后顺利的布好了。这让我们学到了科学严谨的态度应该时刻牢记在心中。通过这次设计，让我更熟悉了原理图绘制软件Protel 99 SE的使用，使我加深了对74HC373锁存器、十进制计数器/分频器CD4017、米字符显示管的原理、功能的理解。总之，这次的课程设计让我获益匪浅，也给以后的实际工作打下了根底。九、参考文献【1】 王毓银 数字电路逻辑设计 高等教育 2005【2】 谢自美 电子线路设计与测试 华中科技大学 2000 十、附录整体电路如如下图所示：
