led显示器动态扫描驱动电路要点

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1、本科生课程设计（论文） I 摘 要 随着社会的不断进步，LED 在日常生活中尤为常见，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。在这些 显示当中,LED 数码管的显示电路较为简单,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。 对于 LED 显示器动态扫描驱动电路设计首先用 555 定时器产生固定频率的 信号作为节拍发生器的时钟，将此时钟连到由 74LS160 接成的四进制加法计数器 上，由具有八个译码输出端的 74LS138 作为数码管的译码器。其次，当 7447 引 脚接到高电平时驱动共阴极七段 LED 数码管轮流显示对应数据。 利用仿

2、真软件验证设计的正确性，当各引脚输出的高电平频率达到一定程度 时，数码管呈现闪烁现象。 关键词：定时器；数码管；译码器； 本科生课程设计（论文） II 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 LED 显示器动态扫描驱动电路的设计概况 1 1.2 本文研究内容 .2 第 2 章 LED 显示器动态扫描驱动电路设计.3 2.1 LED 显示器动态扫描驱动电路总体设计方案 3 2.2 具体电路设计 .4 2.2.1 多谐振荡器电路设计 .4 2.2.2 计数器的设计 .4 2.2.3 译码器的电路设计 .5 2.2.4 共阴极 LED 动态驱动电路设计 .6 2.2.5 七段数码管的设计 .6 2.3

3、 元器件型号选择 .7 2.4 MULTISIM仿真图.8 第 3 章 课程设计总结 9 参考文献 10 附录 11 附录 12 本科生课程设计（论文） 1 第 1 章 绪论 1.1 LED 显示器动态扫描驱动电路的设计概况 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时,就 需要采用一定的驱动电路与相应的驱动方式。 所谓动态显示就是让各位

4、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，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。 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

5、 用计算机芯片的时间和相关资源；利用显示专用芯片如 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乱,使显示不正常。 1.2 本文研究内容 对于 LED 显示器动态扫描驱动电路设计首先用 555 定时器产生固定频率的 信号作为节拍发生器的时钟，将此时钟连到由 74LS160 接成的四进制加法计数器 上，由具有八个译码输出端的 74LS138 作为数码管的译码器。其次，当 7447 引 脚接到高电平时驱动共阴极七段 LED 数码管轮流显示对应数据。最

6、后利用仿真 软件验证设计的正确性，当各引脚输出的高电平频率达到一定程度时，数码管呈 现闪烁现象。 本科生课程设计（论文） 2 第 2 章 LED 显示器动态扫描驱动电路设计 2.1 LED 显示器动态扫描驱动电路总体设计方案 方案一：方案一：本设计的电路可以使用集成芯片 74LS138、74LS160。对于 74LS160 可以接成任意进制的加法计数器，再由 74LS138 译码器控制哪一个 选通，从而实现设计要求的四位 LED 的显示屏的显示。对于本设计的要求实 现动态驱动扫描，显然不能够满足，因此本设计不采用此方案。 方案二：方案二：对于此电路的实现可以由 555 定时器产生时钟脉冲，通过

7、计数 器控制译码器，由译码器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 74LS160 设计成同步四进制加法计数器，译码器采用 74LS138 译码器。LED 显示按要求采用 4 位分立元件，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， 本设计采用共阴极连接方式。在显示驱动方式中，采用集成芯片 7447 驱动。 当扫描到公共端时，LED 驱动器分别对应输出 adp 的显示段，LED 就能正 常显示。 综上所述，对于 LED 显示器动态

8、扫描驱动电路的设计采用方案二。 总体设计框图如下： 图 2.1 总体方案框图 节拍发生器用于产生时钟脉冲，为后续电路提供脉冲信号；控制计数器用于 控制整体电路的循环次数；显示译码器的功能是将计数器给出的四组二进制 BCD 码转换成相对应的地址码；显示器用于显示地址码相对应数字。 节拍发 生器 控制 计数器 显示译 码器 显示 器 本科生课程设计（论文） 3 2.2 具体电路设计 2.2.1 多谐振荡器电路设计 用 555 定时器连接成多谐振器，作为节拍发生器的时钟。如图 2.2 所示 图 2.2 用 555 定时器构成的多谐振荡器 2.2.2 计数器的设计 计数器选用集成电路 74LS160

9、进行设计较方便。74LS160 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。本设计需要应用 74LS160 设计出同步四进制加法计数器，如图 2.3 所示 本科生课程设计（论文） 4 图 2.3 四进制加法计数器 2.2.3 译码器的电路设计 译码器选用集成电路 74LS138 进行设计比较简单。74LS138 的逻辑功能 是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号或另外一个代码。 1、2、3 引脚接入输入信号，4、5、6 引脚接入 MREQ，其它引脚为编译后的 输出，8 引脚接地，16 引脚接电源。其片子引脚图如图 2.4 所示。 图 2.4 74LS138 引

10、脚图 本科生课程设计（论文） 5 2.2.4 共阴极 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， 所以可以用 7447 来驱动，7447 的引脚图如图 2.5 所示： 图 2.5 7447 引脚图 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

11、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。该单元电路采用共阴极连接方式。 2.2.5 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 2.6 所示。 这七段分别由七个发光二极管构成，如图 2.7 所示。根据数码 本科生课程设

12、计（论文） 6 （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。 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。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

13、代码所表示的数值。 图 2.6 七段 LED 显示器 图 2.7 LED 显示器的等效电路图（共阴极） 2.3 元器件型号选择 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 本科生课程设计（论文） 7 管点亮时间 T=40ms/数码管位数； 555 构成的多谐振荡器的周期 T=C(R1+2R2)3，取 R1=R2，C=0.01uF，由 于设计时要考虑提供更高的驱动电流，才能满足亮度的要求。所以由 T=40ms, C=0.01uF, 3=0.69，计算出 R1=R2=193 K。 由于 L

14、ED 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。 2.4 Multisim 仿真图 由 555 定时器构成多谐振荡器，由此提供脉冲信号，脉冲信号通过译码器， 由译码器输出后传给数码管。电路部分仿真效果图如下: 图 2.8 电路部分仿真效果图 本科生课程设计（论文） 8 第 3 章 课程设计总

15、结 我所设计的题目是 LED 显示器动态扫描驱动电路的设计，初次接触这个题 目，难免觉得有些茫然，但是通过不断地查找书籍，翻阅资料，逐步的对此次设 计的题目有的清晰的概念。通过近段时间的不断学习，我深刻的体会到理论联系 实际的重要性，应且意识到在工作中要不断地用理论来指导实践，用实践来深化 理论，做好这些的前提就是要深入掌握理论知识，并且综合运用所学的基础知识 理论和基础技能来分析解决实际问题，此过程不仅巩固了所学的知识，而且还扩 大了专业知识面，为以后的工作打下基础。 本科生课程设计（论文） 9 参考文献 1 阎石主编.数字电子技术基础.北京高等教育出版社.2006 年 5 月 2 鲁宝春主

16、编.数字电子技术基础学习指导.北京东北大学出版社.2012 年 2 月 3 郑学坚主编.微型计算机原理及应用.北京清华大学出版社.2011 年 3 月 4 王景利主编.电子技术基础实验.北京东北大学出版社.2011 年 1 月 5 张玉璞主编.电子技术课程设计.北京理工大学出版社.2010 年 2 月 6 郭海文主编. 电子实验技术. 中国矿业大学出版社.2008 年 5 月 7 高吉祥 主编 电子技术基础实验与课程设计 电子工业出版社，2005 年 8 陈大钦 主编 电子技术基础实验 高等教育出版社，2000 年 6 月 9 王振红 主编 电子技术基础实验及综合设计 机械工业出版社，2007 年 3 月 10徐小军 主编 电子技术基础实验与课程设计指导 东南大学出版社，2004 年 12 月 本科生课程设计（论文） 10 附录 整体电路图 整体电路图 本科生课程设计（论文） 11 附录 元器件清单 元器件名称参数元器件名称参数 集成 IC74LS138七段数码管HDSP7303