多位LED显示器动态扫描驱动电路设计

《多位LED显示器动态扫描驱动电路》报告
（一）目的：
1、了解多位LED显示器动态扫描驱动电路的基本工作原理；
2、完成多位LED显示器动态扫描驱动电路设计并分析计算单元电路；
3、绘制多位LED显示器动态扫描驱动电路图，针对工作原理进行参数估算；
4、电路功能的检测和调试；
5、设计答辩，完成设计报告。

（二）结构图
ID 2D JD ID
紀LED就tl懈醴帆髓用
（三）电路总体功能概述
该电路的功能是通过控制数据选择器输入端的高低电平来使四
个LED显示器可以显示0-9任意一个数字，实现动态扫描功能。

由振荡电路，控制电路，四位四选一数据选择器，一位LED译码驱动
电路和四位LED显示电路组成。

首先用555定时器构成频率为1000赫兹多谐振荡器产生脉冲信号，再将信号传输到74构成的二位二进制触发器，使该触发器输出00,01,10, 11。

将触发器的两输出端分别接到数据选择器153的S1,
S0,将四个输入D0或D1D2D3信号传输到LED显示电路，使LED显示不同数字，将触发器的两输出端接到138的A1,A0 （A2接0）,再将138 的输出Y0,Y1,Y2,Y3接到四个LED的共阴极，控制LED的显示状态，把74IS153的输出端与CC4511的四个输入端相连，把LED显示器的a,b,c,d,e,f,g与CC4511的输出端相连，这样便可以通过555定时器产生的脉冲控制四个LED的显示顺序，同时调整153的输入端的高低电位，这样便实现了对四个LED的显示控制，可随意现实0至9的数字。

振荡电路由555定时器构成的多谐振荡电路组成，有振荡电路提供脉冲，振荡周期T=Tpl+Tph=R1*C*ln2+ （R1+R2）*C*ln2=0・001s，则其振荡频率为1000Hz，多谐振荡器在接通电源后无需外接触发信号就可以产生矩形脉冲或方波。

控制电路是一片74LS74构成的两位二进制触发器，它接收到控制电路的振荡脉冲，产生00，01,10,11的输出信号。

数据选择器由两片74LS153构成，其功能为四选一数据选择器，接收控制电路的输出信号，分别选择四个输入D0或D1或
D2或D3信号传输到LED显示电路，使LED显示不同数字
译码驱动电路由一片八选一的数据选择器74LS138组成，它接受控制电路输出的信号同时将自身的输出信号分别连接到4片
LED的共阴极控制LED显示器的工作状态・
显示电路由一片4511构成，其接收74LS153输出的信号分别使四个LED显示器显示8421BCD码所代表的十进制数。

（四）元器件表
CD4511 1片，NE555 1片，74LS138 1片，七段共阴极数码管 4
只，74LS153 2 片，74LS74 1 片，0.1卩 F 电容 2 个，5・1K Q
①
NE555各脚主要功能如下: 1地GND 2触发3输出4复位5控制电压6门限
（阈值）7放电8电源
电压V CC
②
NE555芯片功能
555芯片是定时器，是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器 件。

555定时
器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就 可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变 换电路。

它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS 触 发器，一个放电管T 及功率输出级。

它提供两个基准电压 VCC/3和 2VCC/3。

555定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的
输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电
面包板1块，5V 稳压电源1台。

1 -GND
2 - Trigger
3 - Output
4 - Reset
5 - Control voltage
6 - Threshold
7 - Discharge 8
Vcc
个,
压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC /3 , A2的同相输入端的电压为VCC /3。

若触发输入端TR的电压小于VCQ3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出为1。

如果阈值输入端TH的电压大于
2VCC/3，同时TR端的电压大于VCQ3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0 , 使输出为0。

（2）74LS74 芯片
14 | 】s| 1 1]】门| 9 | 呂|
Vot 曲2D 2CP 2骗2Q 20 74LS74
iffj ID 1CP 曲1Q 莎GND
功能：74LS74是一个双D触发器，其功能比较的
多，可用作寄存器，移位寄存器，振荡器，单稳
态，分频计数器等功能。

此电路中，74LS74 作分
频器使电路产生四分频。

£人输ifi
S D R D CP D Q u Q ” I
01X x..10 10X\0 .i 00X X 1 *爭11*1 1 0 1100 1
11I X or
输入输出S D R D CP T Q u 1 01X 1 10X6 1110b I
1I1
10 3■k10
用，将脉冲信号进行四分频。

(3) 74LS153芯片
74LS153是一个双4选1数据选择器，IS 、2S 为两个独立 的使能端，低
电平有效； A i 、A o 为公用的地址输入端；1D 0〜
1D 3和2D 〜2D 3分别为两个4选1数据选择器的数据输入端； 1丫、2Y 为两个输出端。

(1) 当使能端1S ( 2S ) = 1时，多路开关被禁止，无输出，Y = 0。

(2) 当使能端1S ( 2S ) = 0时，多路开关正常工作，根据地址码 AA 的状态，将相应的数据D 0〜D 3送到输出端丫。

(4) 74LS138 芯片
74LS138是3线一8线译码器，该译码器有3位二进制输入A 2A 1A 0,它们 共有8种
状态的组合，即可译出8个输出信号Y o ~丫7，输出为低电平有 效，当使能输入端
E3=1,且玉二在=0时，该译码器处于工作状态. (5) CD4511 芯片
图9一6为(X4511引脚十列
16丨 15丨"I wl 12丨 111 10丨 9丨
V DD f g a b c d e
Vcc 耳禺松hb 如％ ° H nn R ］向向应同向
UULJkJUkJLLJLiJ
B
自加騙幅幅站GNO
选
数据输入
输出 ¥
B A
C* G C ； 6
X X
X X X X 1 0 0 0
0 X X X 0 0 0 0 1 X X X 0 P 1 0 \ x 0 X X 0 0 0 \ X 1 X X 0 1 1 0
X X 0 X
0 0 1 0 X X 1 x 0
1
1 1 X X x 0 0 0
1
1
X X
x 1
1
16 15 14 13 12 11 10 9
74LS138
1 2 3 4 5 6 7 8
几)4地i 罠爲虽辟G 鮎Q
74IS138引脚图
输
A 输
出
&
忑+忑 & A A % K ,血芯 r. r s
r,
0 X x x
X 1 1 1 1 i 1 1 1 X 1
x X X
1 1 1 1 i 1 1 1 1 0 0 a
a
0 1 1 1 i 1 1 1 1 □ 0 a 1
1 0 1 1 i 1 1 1 1 □ 0 1 a
1 1 0 1 i 1 1 1 1 □ 0 1
1
1 1 1 0 i 1 1 1 1 0 1 a a
1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 a
1
1 1 1 1 1 □ 1 1 1 □ 1 1 a
1 1 1 1 1 1 □ 1 1
□
1
1
1
i
1
1
1 1 1 1 □
3线-8线译码器74LS138的功能表
J CC451 1
B C LT BL LE DA Vss
1| 2| 3| 4| 5| 6| 7| 8|
其中图9 —6 CC4511引脚排列
A. B> C. D BCD码输入端
氐b. J d.巳、f、g— i輛马输岀端.输岀有效，用来驱动共阴极LED数
码管〃
LT —测试输入端.LT= “(T时，译码输出全为
冠一消隐输入端，BI= © 时.译码输出全为叩
LE —锁左端，LE= **T f时译码器处丁锁定(保持》状态，译码输出保持在LE=O时的数值,LE=0为疋常诽码。

衣9-2为CC4511功能衣。

CC4511内接有上拉电阻，故只需在输出端与数码管笔段之间串入限流电阻即可工作.译码器还有拒伪码功能，当输入码趙过1001时，输岀全为“0：数码管熄灭。

a［本数■ ?■■电路实验装r'7 I d完成了译码器CC4511和数码管BS202之间的连接.实验时，只要接通+5V电源和将十进制数的BCD码接至译码器的相应输入端 A.B.C.D即可显示0〜9的数字出四位数码管可接受四组BCD码输入.CC1511 与LED数码管的连接如图9-7所示。

表9-2
图9 -7 CC4511驱动 位LED 数码管
（六）电路测试方法和调试过程
首先，我们根据画出的原理图连接电路， 接入电源后，发现四个 显示器只亮两个，开始排查原因。

先测试显示器的好坏，将
CD4511
芯片的L T 置0发现四个显示器都显示8;再检测电路是否接通，用 试电笔检测每个接孔的状态，结果正常；再用示波器检测分频器工作 状态，发现74LS74芯片的两个输出的波形一致，但用双踪示波器检 测时，两个波形不一致，于是猜想是频率过咼造成的；最后在
555
芯片上加一个47uf 的电容来降低频率，结果四个显示器都亮，并且 能成功扫描。

然后，我们开始对74LS153的1D ・2D ・3D ・4D 进行置数，结果发 现显示器显示的数字总是不能与我们想要的相同， 经过对芯片的分析 后，发现我们把置数的原理理解错了， 发现CD4511的四个输入分别 由
码输入
V:；' ■
A Vcc a B
b C
c
D CC451 1 a
LT e B?
f
LE
Vss
g
LED
^1—
^1—
74LS74 芯片的1D!,2D I,3D I,4D I；1D2, 2D2, 3D2, 4D2;1D3, 2D3, 3D3,
4D3；1D4，2D4, 3D4, 4D4控制，弄清原理后，成功的得到了想要的数字。

（七）思考题
1•同样是七段共阴极数码管的译码驱动电路，74LS48和CC4511在
逻辑功能和控制引脚上有什么区别？
答：区别1:74LS48芯片可以输出0~15,而CC4511芯片只能输出0~9, 都动能表可以看出，在输出10~15时消隐。

区别2:74LS48控制端RBI可以不置数，而CC4511的控制端都要置高电平才能正常工作。

2.使用动态扫描译码驱动电路与普通的直接译码驱动电路相比有什
么优势和不足？
答：优势：使用普通的直接译码驱动电路一片芯片只能控制一个LED 显示器，本实验中有四个显示器，就需要四片芯片，而使用动态扫描译码驱动电路只需要一片芯片就可以控制四个显示器，节省了芯片，体现了实验的节约原则。

不足：使用动态扫描译码驱动电路需要的芯片多，电路复杂，容易出错。

2如果希望将四位LED的动态扫描译码驱动电路改成八位LED的，应该怎样修改设计？
答：将控制电路改成用两片74LS74相联实现三个D触发器级联，接收到振荡脉冲后，产生000—111的信号，然后将译码驱动电路接受控制电路输出的信号，同时将自身的八个输出信号分别连接到8片LED的共阴极控制LED显示器的工作状态.数据选择器改为由四片
74LS151构成，其功能为八选一数据选择器，调节4片151的D o到D7的高低电平，将会使LED分别显示0到9不同数字。

其余部分保持不变。

一、课程设计的任务或学年论文的基本要求：
1、根据小组选题结果，在教师指导下完成数字钟抢答器多位LED显示器动态扫描驱动电路设计，自主选择、确定合理的设计方案，给出电路结构和连线
电路图。

2、领取器件，组装、调试数字钟抢答器多位LED显示器动态扫描驱动电路。

调试成功后请指导老师检查电路，同时每人独立完成答辩。

3、按指导老师要求撰写课程设计报告，绘出完整的电路图。

指导教师签字：xx 教研室主任签字：XXX
XXXX 年XX 月XX 日XXXX
年XX 月XX 日
二、进度安排：
设计时间为一周。

周一、周二查资料、完成led电路的整体方案设计并分析确定各单元电路, 对元器件进行选型。

周三到周六组装、调试led，进行实物检查、设计答辩并完成设计报告。

三、应收集资料及主要参考文献：
[1]康华光•电子技术基础（第五版）•高教出版社，2006.
[2]彭介华.电子技术课程设计指导.高教出版社，1997.
[3]谢自美.电子线路设计、实验与测试（第三版）.华中科技大学出版社，2006.
[4]汪学典.电子技术实验.华中科技大学出版社，2006.
摘要
此电路应用了CD4511芯片作为译码器实现了LED动静态显示的基本原理。

电路原理简单，价格低廉，可用于多位LED显示。

七段LED显示器也叫数码管，它是由发光二极管组成的一个阵列，常用的LED显示器用共阳极和共阴极两种结构。

为了使显示器能发光，并且显示数码，需要加译码驱动电路，常用的译码驱动电路有静态译码显示和动态译码显示。

静
态译码显示是指一个译码驱动电路驱动一个七段显示器进行数码显示。

动态译码
显示是指多个七段显示器共用一个译码驱动电路，由扫描电路控制每个显示器分
时进行显示，每个显示器按不同的时间轮流使用译码驱动电路。

从而使显示电路更加简单。

关键词：LED CD4511译码显示显示器
五、课程设计（学年论文）摘要（英文）：
bstract
The circuit apply to the LED tenden cy,the static dem on strati on basic prin ciple using decoder chip CD4511. The axiom of this circuit is convenien t,the cost is in expe
nsive,available in more positi on LED dem on strati on.
Seve n sect ion of LEDm on itors also called the ni xietube is an array which s composed by the light emitter diode,the commonly used LEDmonitor has altogether the positive level and
altogether the cloudy level two kinds of structures. In order to en able the mon itor to shi ne the dem on strati on numerical code,needs to add the decoding actuation electric circuit,the com monly used decod ing actuati on electric circuit has two kin ds: static decod ing dem on strati on and dyn amic decodi ng dem on strati on. The static decod ing dim on strati on is refers to a decodi ng actuati on electric circuit to actuate a seve n-segme nt display to carry on the
digital dem on strati on. But the dyn amic sca nning dem on stratio n is refers to many seve n-segme nt display to use in com mon a decod ing actuati on electric circuit,c on trols each monitor by the sweep circuit time sharing to carry on the dem on strati on,n amely each mon
itor uses this decod ing actuati on electric
circuit in turn according to the different time. Thus makes the display circuit to be simpler.
Key words: LED CD4511 decod ing dem on stratio n mon itor
七、答辩记录：
问题1:为什么74LS138芯片中G1,G2\G2B分别接高电平，低电平，低电平？
答1：由于G1为使能输入端，接低电平是输出全为1，G2\和G2J接高电平是电路输出也
全为1，都功能表可以看出，当G仁1，且G2\=G^=0时，译码器处于工作状态。

问题2：74LS138芯片中A2引脚能接1吗？
答2:能，因为A2接低电平是控制WY有效，而A2接高电平是控制 Y；-Y^有效。

若将A2接1，只需把Y；-Y7与LED显示器的共阴极相连。

问题3:简述电路的工作原理。

答3:由NE555构成多谐振荡电路，产生脉冲，74LS74进行四分频，产生00, 01，10，11的输出信号，经74LS153接收后，使LED显示不同的数字，74LS153 的输出还与74LS138相连，由74LS138控制LED显示器的工作状态。

记录人: 答辩意见及答辩成绩
答辩小组教师（签
字）:
2010年月日
总评成绩：
（教师评分X 75%答辩成绩X 25%。