七段数码管循环显示

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1、封面）天津理工大学中环信息学院电子技术课程设计设计题目：七段数码管循环显示控制电路设计姓名： 诸钦峰学号：11160014系别：电子信息工程系专业班级：物联网1班开始日期：2013年6月24日完成日期2013年07月01日指导教师：彭利标成绩评定等级天津理工大学中环信息学院课程设计任务书系别： 电子信息工程系 班级： 物联网 1 班 姓名： 诸钦峰 学号：11160014课程名称电子技术课程设计设计题目七段数码管循环显示控制电路设计设计任务描述 及基本 要求、任务描述以LED数码管作为控制器的显示元件，它能自动地依次显示出数 字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 （自然数列），1、3、5

2、、7、9 （奇 数列），0、2、4、6、8 （偶数列）和 0、1、2、3、4、5、6、7、0、 1 （音乐符号数列），然后由依次显示出自然数列、奇数列、偶数列 和音乐符号数列 如此周而复始，不断循环。二、基本要求 打开电源时，控制器可自动清零。 每个数字的一次显示时间基本相等，这个时间在0.5s到2s范围 内连续可调。 确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和集成电路，设 计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。任务下达时间2013年6月 24日设计完成时间2013年7月5日主要参考材料1、 数字电子技术基础（第五版） 阎石 主编高等教育出版社2、模拟与数字电子技术实训 王彦陆文娟主编

3、 西南交通大学出版社辅导老师姓名彭利标教研室 意见年 月日本表附在课程设计说明书的目录之后。天津理工大学中环信息学院课程设计成绩评定表系别： 电子信息工程系 班级：物联网 1 班 姓名：诸钦峰 学号：11160014评分项目及标准权 值实际得分评价内容优秀标准（各教学单位制定标准）设计选题10说明书 （论文） 质量30独立工作 能力及设 计期间的 表现40回答问题 情况10特色与综合素质10指导老师得分合计本表附在课程设计任务书之后。目录一、设计意义 4二、主要任务 52. 设计方案比较 5三、电路组成框图 81.数列循环电路的设计 82.序列显示电路的设计 82.1 十进制自然数序列的显示电

4、路 82.2 奇数序列显示电路 92.3 偶数序列显示电路 92.4 音乐序列显示电路 103. 脉冲产生电路的设计 114. 二分频电路的设计 11四、电路原理图 12五、各电路的仿真测试 141.脉冲产生电路的仿真 152.二频分电路的仿真 16六、元件清单 16七、总结 16、设计意义这次的课程设计主要是用计数器来实现的,这个七段数码管循环显示控制电路设计 的实质就是要产 生一系列有规律的数列, 然后通过一个七段数码管显示出来。 这里使 用的只要就是计数器, 计数器在时序电路中应用的很广泛 ,它不仅可以用于对脉冲进行 计数,还可用于分频,定 时,产生节拍脉冲以及其他时序信号。运用计数器的

5、不同的功能 和不同的接发就可以实现 不同的序列输出了。而这次的内容还包括分电路图的整合 ,使这个七段数码管能够按照要求那个依次 输出自然序列,奇数序列,偶数序列还有音乐序列。为了实现这个循环输出的功能 ,在设 计的时候还用到了一个以为寄存器,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数列。最后还有一个部分就是脉冲的产生基于多谐振荡器可以产生方波 ,就可以利用它 来产 生脉冲信号了。而这个多谐振荡器采用的是 555 定时器来完成的。 这个设计基 本上就是由以上三个部分连接在一起组成的。1、基本方案框图计数器输出信号，将信号给译码器和脉冲

6、信号再由脉冲信号和译码器分别编成自然 序列，奇数序列，偶数序列和音乐序列，最后由数码管显示出来。图 1 七段数码管显示的基本方框图二、设计方案比较共有两个方案可以选择，以下是两个方案的具体实验步骤。1、数列循环部分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。电路图如图 2。图 2 用 74LS940 构成的循环电路原理图这个电路图实现循环主要是依靠74LS194的移位功能来完成的。先让开关J1拨至 与电源相接，就是接入高电平，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J1拨至与地相接也就是接入低电平，

7、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。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，在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则可通过每个芯片的进位端经过一四输入或门输出来控制。其电路图如图 3。图 3 用译码器实现的循环电路 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，而第二种就不需要可以 自动依次产生数列。另

8、外第一种开关使其依次产生序列还需要一个脉冲控制，而在设计 总体的电路的时候四个计数器也需要有脉冲信号的触发，这样的话就要多设计一个方波 脉冲的产生电路，另外还要与计数器的脉冲信号匹配，因为74LS194的移位是要一个计 数器的全部数列产生完后才下一个脉冲，这样不是很好与计数器的脉冲频率想匹配。但 是第二个方案就很好的解决了这个问题，这个方案的数列循环部分就是依靠芯片 74HC390和74HC139也就是一个计数器还有一个译码器来实现的。74HC390的脉冲信号 是由计数器的进位端来控制的，这样就很好解决了方案一的问题，只有当一个计数器的 全部数列输出完了之后才会有脉冲信号过来触发74HC390

9、让它进入下一个状态，这样就 是由电路自己控制的，不会产生方案一的问题。2、数列显示部分这个部分是利用 74LS160D 计数器来实现的。根据数列不同的特点来连接电路的。电路图如图 4。DCD_HEXV1CLK74LS160DLOADCLR50 Hz5 V图4数列显示电路原理图3、脉冲信号的产生产生信号脉冲的方法很多，这里我在设计的时候选用的是用多谐振荡器，它是一种 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，常做为脉冲信号源。 由于不用接输入信号就可以产生所需要的矩形波，所以在设计的时候就选用这个方案。 而选用的电路是用 555 定时器构成的，因为555 定时器内部的比较器灵敏

10、度较高，而且 采用差分电路形式，用它组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很 小，这样使产生的矩形波更稳定。电路图如图 5。图 5 脉冲信号产生电路图4、方案的确定在数列循环的部分我采用的是用一个四进制计数器和一个译码器来实现的，这样避 免了脉冲的混乱。在数列显示部分用的是芯片 74LS160 的计数器的计数功能实现的。在脉冲信号产生的环节则就是采用 555 定时器构成的多谐振荡器。三、电路组成框图整个电路总共三大部分，其中第二部分共分成 4 个小步，具体操作如下： 1、数列循环电路的设计 在这个部分主要是应用了一个四进制的计数器和一个译码器，这个部分的作用是为了使自然序列，奇数

11、序列，偶数序列，音乐序列的循环显示。其中四个74LS160计数器 的进位端与 74HC390 的 CPA 相接，这样就可以通过进位端状态由 0 变为 1 的瞬间给它一 个脉冲触发，而另一个脉冲端则是与其输出端QA相接的，这样的接法是为了使74HC390 实现 8421BCD 码十进制计数的功能。然后再让 74HC390 的输出端 QA， QB 分别与译码器 74HC194 相接，这样可以用译码器来控制计数器的动作状态，它可以决定由哪个 74LS160 计数器来工作。当QA,QB为“0” “0”时，这时译码器的输出端就只有Y为0,接一个0 反相器然后再接产生自然序列的计数器的清零端;这样就可以实

12、现只有自然序列输出的 功能，同理当 QA,QB 为“0”, “1”时，这是译码器的输出端就只有 Y 为 0，接一个反1 相器然后再接产生奇数序列的计数器的清零端，这样就可以实现只有奇数序列输出的功 能; 当 QA,QB 为“1”, “0”时，这是译码器的输出端就只有 Y 为 0，接一个反相器然2 后再接产生偶数序列的计数器的清零端，这样就可以实现只有偶数序列输出的功能; 当QA,QB为“1”，“1”时，这是译码器的输出端就只有Y为0,接一个反相器然后再接产3 生音乐序列的计数器的清零端，这样就可以实现只有音乐序列输出的功能。其产生序列 的功能就是这样实现的。其电路图如图 6。图 6 用译码器显

13、示的循环电路2、序列显示电路的设计序列显示共分为四部分，分别为：十进制自然数序列的显示电路，奇数序列的显示电路，偶数序列的显示电路和音乐序列显示电路。一下分为四部分详细说明：2.1 十进制自然数序列的显示电路由于 74HC160 本身就是一个十进制计数的芯片，因此对于这个部分就只需按照其功能 表来接电路就可以实现十进制自然序列输出了。在脉冲信号的触发下，计数器的输出端 的状态依次为 OOOOfOOOlfOOlOfOOllfOlOOfOlOlfOllOOlllflOOOflOOl,然后 再将计数器的输出端和数码管的输入端口相接就可以在数码管上面看到依次显示从0到 9 了。其序列显示电路图如图 7

14、 。vqc5VU3DCD_HEX50 Hz5 V10AQABQBCQCDQDENPRCOENTLOADCLRCLKU51574LS160D101141312112-C34569_87 _二 Z图 7 自然数列的显示电路图2.2 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,因此可以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序列了。虽然在每个脉冲触发的作用下,芯片实现的 仍然是十进制,但是由于数码管最低位接高电平,在数码管显示的则是奇数列,但是显 示的时间间隔是正常自然序列的 2 倍,为了实现相邻显示时间间隔相等,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 8DCD_HEX_DIG_GREEN图8奇数序列的显示电路图