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1、 电子技术基础课程设计（论文）题目：LED显示器动态扫描驱动电路的设计院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间：2007.12.312008.1.13课程设计（论文）任务及评语院（系）：信息科学与工程学院 教研室：电子信息工程学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目LED显示器动态扫描驱动电路的设计课程设计（论文）任务设计任务：1. 显示位数为4位2. 用分立元件设计设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先
2、进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日目 录第1章 LED显示器动态扫描驱动电路设计方案论证11.1 LED显示器的动态扫描驱动电路的应用意义11.2 LED显示器的动态扫描驱动电路设计的要求及技术指标11.3 设计方案论证21.4 总体设计方案框图及分析3第2章 LED显示器动态扫描驱动电路各单元电路设计
3、42.1计数器与译码器的设计42.2一位共阳极LED动态驱动电路设计52.3七段数码管的设计6第3章 LED显示器动态扫描驱动电路整体电路设计83.1 整体电路图及工作原理83.2 电路参数计算93.3 整机电路性能分析10第4章 设计总结10参考文献10器件清单11LED显示器动态扫描驱动电路设计方案论证1.1 LED显示器动态扫描驱动电路的应用意义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
4、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。 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;利用显示用专用芯片如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
5、干扰环境下容易造成时序混乱,使显示不正常。1.2 LED显示器动态扫描驱动电路的要求及技术指标设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。技术指标：1发光强度比由于数码管各段在
6、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1.52.3间，最大不能超过2.5。2脉冲正向电流若笔画显示器每段典型正向直流工作电流为IF，则在脉冲下，正向电流可以远大于IF。脉冲占空比越小，脉冲正向电流可以越大。1.3设计方案论证通过计数器与译码器控制三台门，再通过三态门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555定时计数器，译码器采用138译码器，按要求采用4位分立元件，如下图：通常的4位LED显示器如图所示，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
7、路特性基本一致：发光二极管导通压降为1.2V1.8V、正向工作电流为2mA15mA。在显示驱动方式中，采用动态扫描。当扫描到n1n4公共端时，LED驱动器分别对应输出adp的显示段，LED就能正常显示。 图 4位LED显示器LED显示器结构基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按图12排列而成的。可实现09的显示。其具体结构有反射罩式、条形七段式及单片集成式多位数字式等。 1.4总体设计方案框图及分析显示控制器显示译码器显示器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，
8、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。LED显示器动态扫描驱动电路各单元电路设计2.1计数器与译码器的设计计数器的设计：计数器选用集成电路74LS190进行设计较方便。74LS190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。74LS190的引脚图如下图所示：74LS190引脚图译码及显示电路的设计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。
9、半导体数码管BS201的的每个线段都是一个发光二极管（LED）。因此，也把它叫做LED数码管或LED七段显示器。发光二极管使用的材料与普通的硅二极管不同，半导体中的杂质浓度很高。当外加正电压时，大量的电子和空穴在扩散的过程中复合，其中一部分电子从导带跃迁到价带，把多余的能量以光的形式释放出来，便发出一定可见光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。半导体数码管BS201的等效电路2.2一位共阳极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
10、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。图 一位共阳极LED动态驱动电路共阴极电路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23mm）。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
11、是互相隔离的。2.3七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分为七段如图这七段分别由七个发光二极管构成，根据数码（0，1，2，3，4，5，6，7，8，9）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。七段数码管可分为共阴极和共阳极的数码管，对于共阴极的数码管只有当其输入端输入高电平时二极管才会发光；而共阳极的数码管只有当输入端输
12、入低电平时二极管才会发光。共阴极内部每个发光二极管的阴极被接在一起，成为该各段的公共选通线；发光二极管的阳极则成为段选线。如果要显示某个数字只需相应选中对应的段选线。对于共阳极数码管，则正好相反，内部发光二极管的阳极接在一起，阴极成为段选线。这两种数码管的驱动方式是不同的。当需要点亮共阳极数码管的一段时，公共段需接高电平、该段的段选线接低电平，从而该段被点亮。当需要点亮共阴极数码管的一段时，公共段需接低电平,该段的段选线接高电平，该段被点亮。LED显示器动态扫描驱动电路整体电路设计3.1整体电路图及工作原理 共阳极7段LED位输入,译码器段输入74LS190计数器（这个是4位显示。DG0-DG
13、3表示位信号，a-g表示数字显示LED的段。上方与下方的晶体管同时处于导通状态的段发光）此图是7段LED发光二级管驱动电路 。这种7段LED在用数字显示数字电路的BCD输出时应用得很多，是一种很常见的电路。在LED显示器的场合，如果位数（LED的器件数）多，那么将有很多静态电流流过LED，消耗许多功率。因此经常采用一位一位依次点灯的动态点灯方式。动态点灯时在 某一位点灯期间其他各位都处于熄灯状态（通常只有一位处于点灯状态），所以能够降低功耗。此图是由上方采用PNP晶体管的开路集成电路与下方采用NPN晶体管达林顿链接的开路集成电极电路以及中间夹入的LED构成的电路。上方是与段（器件）相对应的开关
14、，下面是与数字（位）相对应的开关。只有当上下两方都处于导通状态时LED才会有电流流过而发光。下方的位开关中会流过7个段的电流，因此采用达林顿连接以保证能够吸收大电流。3.2电路参数计算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。所以每位数码管点亮时间T=40ms/数码管位数；即T=40/4=10ms;即f=1000/10=100Hz;数码管每段平均电流I由其上面的技术参数可知I=20mA;每位数码管的平均电流Ia=每段的电流*数码管的段数；Ia=20mA*7段=140mA；R=(5-1.5-0.1)/20=
15、0.17k（其中1.5为74139的电压降，R实际电路中为0.17k，亮度要高时取0.1k）.因此设计时要考虑提供更高的驱动电流，才能满足亮度的要求。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1.52.3间，最大不能超过2.5。R1R7电阻值:由于三极管至于导通状态时的饱和电压Vce非常小(0.1V以下)可以忽略不计.所以,从电源电压减去
16、7段LED的电压降2V以及发射极极间电压0.6V余下的就是加在R1R7上的电压.为了使流过LED的电流为30mA,取R1R7=82.3.3整机电路性能分析每段LED各通过30mA电流.流过LED的电流由串联到各段的限流电阻R1R7决定.首先, 由于三极管至于导通状态时的饱和电压Vce非常小(0.1V以下)可以忽略不计.所以,从电源电压减去7段LED的电压降2V通过DG0DG3数字信号一次为+5V，对位进行扫描，这时，ag的段信号控制输入信号电平（0V：发光，+5V：熄灯），使得发光的位显示为文字。一个发光的时间一般是几百微秒至几毫秒。通常这种动态驱动电路的驱动是利用微处理器进行。如果是一般的L
17、ED静态发光，流过静态发光场合电流的23倍就能获得足够的辉度。锁存器可锁存四位二进BCD码，对应于四位十进制数的四组BCD码分别输入到四个锁存器，四个锁存器，四组BCD码由四个锁存器分时轮流输出进入译码器，译码后进入数码管驱动级集成电路TD62505P（输入端I1I7与输出端Q1Q7一一对应）。Q1Q7分别加到四个数码管的ag七个阳极上。Q1Q4中哪一端接地， 使能信号DS1DS4控制。由于四个锁存器的轮换输出也是受使能信号DS1DS4控制。所以四个数码管轮流通电显示。由于轮流显示频率较高，故显示的数字不呈闪烁现象。第4章 设计总结通过这次电子系统设计，我们掌握了设计一个数字电路的基本方法和基本步骤，实际解决了设计中出现的问题，增强了寻找问题，解决问题的能力。此次电子设计的成功不仅帮助我们更好地掌握书本知识，尤其重要的是增强了我们的自信，培养了我们独立思考的能力！参考文献1数字电子技术 (第五版) 高等教育出版社2应根裕等 平板显示应用手册 北京电子工业出版社 2007.23张玉璞、李庆常主编电子技术课程设计北京理工大学出版社19944 杨铮，电工、电子技术实习与课程设计. 中国电力出版社 2004附录：器件清单器件型号个数数值电阻1522K电阻R1R7762七段LED管HDSP73034三极管NPN型晶体管6三极管PNP型晶体管7计数器74LS1901译码器74LS1381
