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实验名称：动态显示电路

设计方式：原理图

难度：⚡⚡⚡

适用教材：郭宇锋《电工电子基础实验（第2版）》

题目位置：P223 四-6

寄语：本次实验比较简单，同学们要好好听课！  

        本次实验涉及个性化内容，请同学注意甄别、转化运用。

以下是实验报告正文：

一、 实验目的

    1. 了解动态扫描显示电路的工作原理及优缺点；

    2. 掌握十进制数字动态显示电路的设计方法。

二、 主要仪器设备及软件

    硬件：DGDZ-5 型电工电子实验箱、电脑

    软件：ISE 14.7

三、 实验原理（或设计过程）

        4 位动态显示原理框图如上图所示，可见 4 位数码管共用一个 CD4511 译码器。当CP脉冲的频率为 1Hz 时，在 CP 脉冲的控制下，4 位数码管将逐个轮流分时显示；频率足够大时，由于人眼的滞留特性，数码管上将会同时分别显示 4 个数据。

        动态显示电路有四个组成部分：控制部分（提供数码管的位选信号和数据选择器的地址信号）、数据选择部分（提供显示的数据）、译码驱动（BCD 码-七段显示数字码）、显示部分。其中译码驱动及显示部分已经集成在 DGDZ-5 型电工电子实验箱上。

四、 实验电路图

五、 实验内容和实验结果

    1.测试 CD4511 和数码管的功能

        CD4511 和数码管已集成在实验箱上，分别将动态显示模块的 A、B、 C、D 端口与逻辑电平的 K1、K2、K3、K4 相连；W1、W2、W3、W4 与 K5、K6、K7、K8 相连，如下图所示。

        调整逻辑电平，观察动态显示模块的变化，可以得到如下两张表格：

    2.设计一个 4 位的动态显示电路，显示的内容为学号的后四位。

        (1)设计过程：①控制部分：由 M=4 计数器（两位加法计数器）和 2-4 译码电路构成，在 CP 的作用下，计数器的输出将从 00 逐步增加到 11 并循环，经过译码器翻译后选择对应数据端口输出“1”作为位选信号，并使对应数码 管激活亮起，实际上数码管位选信号低电平有效，故要加上逻辑非门。②数据选择部分：计数器的输出端高低位分别与四个数据选择器地址端的高低位相连，可以实现将对应数据送进数码管的 CD4511 译码器。

        本人学号后四位是 0330，由以上讨论可以得到以下综合表：

        则 4 个四选一数据选择器的数据端分别为：(D)0000、(C)0000、 (B)0110、(A)0110。最终设计电路如【图 四-1】所示。

        【额外设计】使学号倒过来显示的思路：由于本人学号是对称的，正序、倒序显示都一样，故以正序为 1234、倒序为 4321 的序列显示，有两种方法：①改接线法：正序时位选端和输出端的对应关系为 W1W2W3W4→ Y0Y1Y2Y3，倒序时对应关系为W1W2W3W4→Y3Y2Y1Y0。

        ②重画原理图法：综合表如下表所示

        则正序时 4 个四选一数据选择器的数据端分别为：(D)0000、(C)0001、 (B)0110、(A)1010；倒序时：(D)0000、(C)1000、(B)0110、(A)0101。

        (2)实验过程：在 ISE 14.7 中进行仿真，得到以下波形图：

        CLK 端接入低电平，CP 接入 2kHz 时钟。管脚约束和实物电路如下：

六、 结果分析 

    1.对五-1 的分析：

        如【表 五-1 位选端测试】所示，当位选端为高电平时，对应的数码管熄灭；位选端为低电平时，对应数码管亮起，并根据数据端输入显示数字。

        如【表 五-2 数据端测试】所示，当输入数字为 0~9 时，数码管会根据数据端的输入显示对应数字；而当输入的数字大于 9 时，数码管熄灭。

    2.对五-2 的分析：

        观察【图 五-2 仿真结果】，发现数据端按时序输出的序列为 0000→0011→0011→0000→…，即十进制的 0→3→3→0→…，与综合表相符，在实物电路中确实显示本人学号后四位：0330。设计完成。

七、 实验小结

        本次实验使用了计数器和译码器配合设计出顺序脉冲发生器，同时使用 多路数据选择器实现了动态显示。

        实验中发现了实验箱管脚使用的一个技巧，实验箱插座 5、6、7、8口为 高速管脚，管脚约束时要把时钟输入约束到芯片对应端口上；做动态显示时不要将数据端约束到这些端口上，否则会出现“灭灯”现象。

正文完。

        注意一下“实验小结”中关于灭灯现象的描述，不要将数据信号（即DCBA对应的输出端）约束到高速管脚（不然会造成仿真通过、实验箱显示屏灭灯的结果）。我在做实验时有一些同学在灭灯这个问题卡了好久，我去帮忙的时候也看不出问题。最后有同学改了管脚约束正常显示了，这才提醒了我管脚性质的问题。（看来我运气不错，一次过）

        愿同学们实验顺利，美美下班！