【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 余輝效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。 整個(gè)系統(tǒng)硬件電路中，單片機(jī) MCU 與 FPGA 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換占用了 P0 口、 P1 口和 P3口，因此數(shù)據(jù)顯示電路的設(shè)計(jì)采用靜態(tài)顯示的方式，顯示電路由 8 個(gè)共陽(yáng)極七段數(shù)碼管和8 片 1 位串入 8 位并出的 74LS164 芯片組成。這種顯示方式不僅可以得到較為簡(jiǎn)單的硬件電路，而且可以得到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)輸出；這種連接方式不僅占用單片機(jī)端口少，而且充分利用了單片機(jī)的資源，容易掌握其編碼規(guī)律，簡(jiǎn)化了軟件編程，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，也體現(xiàn)出較高 的可靠性。數(shù)據(jù)顯示電路如圖 47 所示 。 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 47 顯示電路 當(dāng) 端接 +Vcc 時(shí)其二極管正常工作，其輸入端輸入 低 電平二極管被點(diǎn)亮，其輸入端輸入 高 電平二極管不被點(diǎn)亮 。 七段數(shù)碼管可分為共陰極和共陽(yáng)極的數(shù)碼管，對(duì)于共陰極的數(shù)碼管只有當(dāng)其輸入端輸入高電平時(shí)二極管才會(huì)發(fā)光；而共陽(yáng)極的數(shù)碼管只有當(dāng)輸入端輸入低電平時(shí)二極管才會(huì)發(fā)光。共陰極內(nèi)部每個(gè)發(fā)光二極管的陰極被接在一起，成為該各段的公共選通線(xiàn)；發(fā)光二極管的陽(yáng)極則成為段選線(xiàn)。如果要顯示某個(gè)數(shù)字只需 相應(yīng)選中對(duì)應(yīng)的段選線(xiàn)。對(duì)于共陽(yáng)極數(shù)碼管，則正好相反，內(nèi)部發(fā)光二極管的陽(yáng)極接在一起，陰極成為段選線(xiàn)。這兩種數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式是不同的。當(dāng)需要點(diǎn)亮共陽(yáng)極數(shù)碼管的一段時(shí)，公共段需接高電平、該段的段選線(xiàn)接低電平，從而該段被點(diǎn)亮。當(dāng)需要點(diǎn)亮共陰極數(shù)碼管的一段時(shí)，公共段需接 低 電平 ,該段的段選線(xiàn)接高電平，該段被點(diǎn)亮。 74LS164 是一種 8 位高速串入 /并出的移位寄存器，隨著時(shí)鐘信號(hào)的高低變化，串行數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè) 2 輸入與門(mén)同步的送入，使用獨(dú)立于時(shí)鐘的主控復(fù)位端讓寄存器的輸出端變?yōu)榈碗娖?，并且采用肖特基鉗位電路以達(dá)到高速運(yùn)行的目 的。并且還具有以下的特點(diǎn)：①典型的 35MHz 移位頻率；②異步主控復(fù)位；③門(mén)控串行輸入；④同步數(shù)據(jù)傳輸；⑤采用鉗位二極管限制高速的終端；⑥靜電放電值大于 3500V。 在本系統(tǒng)中， 74LS164 的連接方式為： 74LS164 的輸出 Q0～ Q7 分別接 LED 數(shù)碼管abcdefgdpc o mafeg bcd dp12345678abcdefgdpU1 1DPYR11 k ?Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7A B CLKMR3 4 5 6 10 11 12 13dp g f e d c b a1 2R XDT X D7 4 L S1 6 4abcdefgdpc o mafeg bcd dp12345678abcdefgdpU1 2DPYR21 k ?Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7A B CLKMR3 4 5 6 10 11 12 13dp g f e d c b a1 27 4 L S1 6 4abcdefgdpc o mafeg bcd dp12345678abcdefgdpU1 3DPYR31 k ?Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7A B CLKMR3 4 5 6 10 11 12 13dp g f e d c b a1 27 4 L S1 6 4abcdefgdpc o mafeg bcd dp12345678abcdefgdpU1 7DPYR71 k ?Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7A B CLKMR3 4 5 6 10 11 12 13dp g f e d c b a1 27 4 L S1 6 4abcdefgdpc o mafeg bcd dp12345678abcdefgdpU1 8DYPR81 k ?Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7A B CLKMR3 4 5 6 10 11 12 13dp g f e d c b a1 27 4 L S1 6 4U1 U2 U3 U7 U8＋ 5 VVC C8 9 8 9 8 9……8 9 8 9＋ 5 VVC C 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 的 dp、 g、 f、 e、 d、 c、 b、 a，并且 Q7 連接下一個(gè) 74LS164 的 A、 B 端，時(shí)鐘 CLK 連接單片機(jī)的 TXD 端，第一片芯片的 AB 端連接單片機(jī)的 RXD 端， 74LS164 芯片的主控復(fù)位端接高電平 VCC。在這種狀態(tài)下，數(shù)碼管的編碼如表 41 所示。 表 41 數(shù)碼管的編碼 顯示數(shù)碼 斷 碼 顯示數(shù)碼 斷 碼 0 88H 8 08H 1 0EBH 9 09H 2 4CH A 0AH 3 49H B 38H 4 2BH C 9CH 5 19H D 68H 6 18H E 1CH 7 0CBH F 1EH 一般來(lái)說(shuō)在一個(gè)字節(jié)中按照 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 的順序放置字型碼，比如在一個(gè)共陰極數(shù)碼管上要顯示 “7”，則 a、 b、 c 段需被點(diǎn)亮。如果對(duì)于共陰極的則 a、 b、 c 對(duì)應(yīng)于 高電平；如果對(duì)于共陽(yáng)極的則 a、 b、 c 對(duì)應(yīng)于低電平。 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) [8] 根據(jù)本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求，所用的電源為 220V、 50HZ的交流電，整個(gè)系統(tǒng)必須在接通市電以后就可 以使用，這樣使用更加方便簡(jiǎn)單。 此設(shè)計(jì)中需要穩(wěn)定的直流電源供電，芯片所需要的供電電壓 5V。單相交流電經(jīng)過(guò)電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)定電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。整流電路將交流電壓變 為脈動(dòng)的直流電壓，濾波電路可減小脈動(dòng)使直流電壓平滑，穩(wěn)壓電路的作用是在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)保持輸出電壓基本不變。 直流穩(wěn)壓源結(jié)構(gòu)：電源變壓器、 整流、濾波電路和 穩(wěn)壓電路。 1） 電源變壓器 電源變壓器的作用是將來(lái)自電網(wǎng)的 220V 交流電壓 u1 變換為整流電路所需要的交流電壓 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 u2。電源變壓器的效率為： 12PP??[19] 其中： 2P 是變壓器副邊的功率， 1P 是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表 42 所示： 表 42 變壓器的效率 副邊功率 P2 10VA 10～ 30VA 30～ 80VA 80～ 200VA 效率 μ 因此，當(dāng)算出了副邊功率 2P 后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率 1P 。 2） 整流和濾波電路 在穩(wěn)壓電源中一般用四個(gè)二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用是將交流電壓u2變換成脈動(dòng)的直流電壓 u3， 這里一般采用橋式整流電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，即可用四個(gè)二極管來(lái)組成，也可用整流橋堆來(lái)完成 。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動(dòng)直流電壓 u3 中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓 UI， 減小脈動(dòng)，提高整流的效果。 UI與交流電壓 u2的有效值 U2的關(guān)系為： 2)~( UU I ? [9] 在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為： 22UURM ? 流過(guò)每只二極管的平均電流為： RUII RD ?? 其中： R 為整流濾波電路的負(fù)載電阻，它為電容 C 提供放電通路，放電時(shí)間常數(shù) RC應(yīng)滿(mǎn)足： 2 )5~3( TRC ? [16] 其中： T=20ms 是 50Hz 交流電壓的周期。 3） 穩(wěn)壓電路 [13] 由于輸入電壓 u1 發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時(shí)，濾波電路輸出的直流電壓 UI 會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓 UI 穩(wěn)定不變，還需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時(shí)，能使輸出直流電壓不受影響， 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 集成穩(wěn)壓器的類(lèi)型很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓類(lèi)型可分為 固定式和可調(diào)式，此外又可分為正電壓輸出或負(fù)電壓輸出兩種類(lèi)型。 ①固定電壓輸出穩(wěn)壓器 常見(jiàn)的有 CW78 ? （ LM78 ? ）系列三端固定式正電壓輸出集成穩(wěn)壓器； CW79 ?（ LM79 ? ）系列三端固定式負(fù)電壓輸出集成穩(wěn)壓器。三端是指穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和接地三個(gè)端子。型號(hào)中最后兩位數(shù)字表示輸出電壓的穩(wěn)定值，有 5V、 6V、 9V、 15V、18V 和 24V。穩(wěn)壓器使用時(shí)，要求輸入電壓 UI 與輸出電壓 Uo 的電壓差 UI－ Uo≥ 2V。穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流 Io =8mA。當(dāng) Uo =5~18V 時(shí)， UI 的最大值 UImax=35V；當(dāng) Uo=18~24V 時(shí)， UI的最大值 UImax =40V。 ②可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器 可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器是指輸出電壓可以連續(xù)調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓器，有輸出正電壓的 CW317系列（ LM317）三端穩(wěn)壓器；有輸出負(fù)電壓的 CW337 系列（ LM337）三端穩(wěn)壓器。在可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器中，穩(wěn)壓器的三個(gè)端是指輸入端、輸出端和調(diào)節(jié)端。穩(wěn)壓器輸出電壓的可調(diào)范圍為 Uo=~37V，最大輸出電流 Iomax =。輸入電壓與輸出電壓差的允許范圍為： UI－ Uo =3~40V。 電源輸入部分 系統(tǒng)電源需要用 5V直流電源供電，其電路如圖 48所示，把頻率為 50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的 5V直流電壓。其主要原理是把單相交流電經(jīng)