數(shù)字顯示電路-2-數(shù)字電子技術(shù)實驗——數(shù)字顯示電路

一、設(shè)計任務(wù)與要求1．?dāng)?shù)字顯示電路操作面板：左側(cè)有16個按鍵，標(biāo)號為0到15的數(shù)字，面板右側(cè)有2個共陽極7段顯示器；2.設(shè)計要求：按下小于10的按鍵后，右側(cè)低位7段顯示器顯示數(shù)字，左側(cè)高位7段顯示器顯示0；當(dāng)按下大于9的按鍵后，右側(cè)低位7段顯示器顯示個位數(shù)字，左側(cè)7段顯示十位數(shù)字1.若同時按下幾個按鍵，優(yōu)先級別的順序是15到0。二、總體電路設(shè)計1．原理框圖2.整體設(shè)計電路圖3.電路整體分析本次電路大體可分為三部分：開關(guān)及編碼部分、譯碼部分和數(shù)碼管顯示部分。整體思想是由左側(cè)的16個開關(guān)控制信號的輸入。信號輸入后由編碼器編碼輸出，再進入與非門和加法器進行邏輯運算。之后進入譯碼器進行譯碼，譯碼輸出后的信號輸入數(shù)碼管輸出數(shù)字。各部分電路具體的功能實現(xiàn)將在下面講解。4.元件清單按鍵開關(guān)×168—3線優(yōu)先編碼器74LS148×24輸入與非門×2四位二進制加法器×1顯示譯碼器74LS47×2共陽極數(shù)碼管×2導(dǎo)線等若干三、單元電路分析1.開關(guān)及編碼部分本部分負責(zé)電路的開關(guān)信號的輸入和編碼。其中，16個按鍵開關(guān)分別對應(yīng)的0至15的數(shù)字。由于所選用的74LS148編碼器是低電平輸入，所以我們將開關(guān)的初始狀態(tài)連接高電平，改變狀態(tài)連接低電平，開關(guān)公共端輸出到編碼器的輸入端。由于我們要輸入十六個數(shù)字，而一片74LS148只有8個輸入端，故而選用兩片級聯(lián)的方式，即：將高位片的級聯(lián)端EO與低位片的EI相連。這樣開關(guān)信號的15至8依次進入高位片的D7至D0；開關(guān)信號的7至0依次進入低位片的D7至D0。由此實現(xiàn)16個信號的輸入并且優(yōu)先級別順序是15到0。2．譯碼部分本部分的功能是通過與非門和加法器的邏輯運算，把編碼器輸出信號變成適合譯碼器的輸入信號。所需完成的變換主要有三：編碼器輸出的信號是低電平有效，故需要把輸出信號變成其反碼。這由U3A到U3D四個與非門實現(xiàn)。將高低兩位編碼器的相同編號的輸出端接到同一與非門的輸入。由于兩片編碼器只有一片工作，另一片輸出高電平，故而能實現(xiàn)取反的功能；控制高位譯碼器的輸入：高位需要顯示1時，此時通過U4A到U4C三個與非門可以實現(xiàn)輸出為1。此高電平除輸入給高位譯碼器外，還作為加法器的輸入，幫助實現(xiàn)“加6”的功能；由于顯示輸入應(yīng)是8421BCD碼，而編碼輸出為十六進制的逢16進1。所以當(dāng)開關(guān)輸入大于9時，應(yīng)通過74LS283加法器將輸入加上6，這樣在十六進制下產(chǎn)生進位，而使得低位輸出與十進制相同。3．?dāng)?shù)碼管顯示部分此部分電路的功能為將前面的輸入信號經(jīng)過譯碼器譯碼后輸出給數(shù)碼管，顯示出我們需要的數(shù)字。由于高位只需顯示1或0，故而只需將高位譯碼器的A與U4C與非門的輸出相連，其余接低電平。低位譯碼器的A至D分別與加法器的1至4輸出口相連。譯碼器的a至f七位輸出分別與數(shù)碼管的a至f七位輸入相連，此外由于是共陽極數(shù)碼管，需將數(shù)碼管的相應(yīng)的端口接高電平。下圖是共陽極和共陰極數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，使用的時候一般譯碼器和數(shù)碼管是想配合使用的即7447輸出低有效應(yīng)該和共陽極的數(shù)碼管配合使用，7448輸出是高電平有效，應(yīng)該和共陰極數(shù)碼管配合使用，否則應(yīng)該在接入數(shù)碼管前分別通過反相變換有效電平，如使用74LS00芯片。需要注意的是，數(shù)碼管有7個發(fā)光二極管組成，發(fā)光二極管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特性是正向壓降為1.6至1.8V，導(dǎo)通電流是5至20mA，所以在使用數(shù)碼管時要注意防止過高電壓直接加在發(fā)光二極管兩端形成大電流而燒壞二極管。我們選擇在電路中串接限流電阻，阻值取270Ω。在實際焊接中，為了實現(xiàn)當(dāng)高位只需顯示數(shù)字0時滅燈，我們把高位譯碼器的BI/RBO端口接到輸入端A。這樣當(dāng)給位譯碼器輸入為低電平時可以不亮。四、焊接及測試過程1、在焊接前我們做了些準(zhǔn)備工作，第一查詢各元件的實際封裝管腳圖，如下圖所示。第二，實際的管腳與邏輯圖相差很大，為了防止焊接錯漏，我們在動手焊接前之上設(shè)計好了與實際封裝相符的設(shè)計電路，包括元件的擺放位置、導(dǎo)線的布置等。這樣在焊接的時候線路就顯得明了多了。焊接的時候我們步步為營，每焊接好一部分都檢查是否有短路和虛焊的情況，減少出錯的可能，爭取一次成功以下是所用芯片的封裝圖：2、由于做好了充分前期準(zhǔn)備工作，焊接還是挺順利的，經(jīng)過了一天多的工作板子焊接完了。但測試的時候還是發(fā)現(xiàn)顯示有問題，出現(xiàn)了不規(guī)則的符號。結(jié)合邏輯分析，猜測有可能是一碼部分的問題，因為那些不規(guī)則的符號在教材上可以找到，是未經(jīng)譯碼的顯示。后來仔細檢查了焊接好的板子，發(fā)現(xiàn)74LS283相連接的導(dǎo)線漏了一根，還有一個應(yīng)該拖焊到一起的管腳沒有焊接。解決了這兩個錯誤之后果然能按正確的優(yōu)先級順序正確顯示數(shù)字了。五、設(shè)計的創(chuàng)新點顯示的數(shù)字分別是01、02、03……我們就想能不能讓數(shù)字前面的“0”在小于零的時候不顯示呢。仔細的分析了芯片的功能經(jīng)過討論分析和仿真，結(jié)論是可以利用管腳“BI/RB