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1、电子技术基础课程设计（论文）题目： 院（系）： 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：电子信息工程学 号课程设计（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
2、，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 .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 L
3、ED 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 .11辽 宁 工 业 大 学1LED 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备中应用较广。但当设备显示的点或位较多
4、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,在强干扰环境下容易造成时序混
5、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同样的驱动电压时，各段
6、正向电流不相同，所以各段发光强度不同。辽 宁 工 业 大 学2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
7、分为共阳极 LED 与共阴极 LED。其电路特性基本一致：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。辽 宁 工 业 大 学31.4 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
8、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，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。辽 宁 工 业 大 学4LED 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
9、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。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
10、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。辽 宁 工 业 大 学5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辽 宁 工 业 大 学6LED 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
11、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 分为七段如图辽 宁 工 业 大 学7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
