毕业设计 基于CD4553的三位半计数器

摘要

摘 要

纵观全球，全世界，全中国，三位半计数器在行业发展中都有至关重要的作用。中国也有很多从外国引进的三位半计数器。作为国人，并且是相关专业的学生，我想尽自己的微薄之力来为祖国该行业服务。

我们知道，CD4553是3位十进制计数器，有1个输出端，要完成3位输出，采用扫描输出方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制3位十进制的输出，从而实现扫描显示方式。在本论文中，为了熟悉CD4553的引脚及功能，了解电路的组成和用途，我们可以利用合适的电阻、电容、二极管等器件，并基于CD4553来实现一个三位半计数显示电路功能。

关键字：CD4553 三位半技术显示电路

ABSTRACT

ABSTRACT

Throughout the world, the whole of China, three and a half counter has a crucial role in the development of the industry. China has imported from foreign countries of the three semi-counter. As a people, and related majors, and I tried my own modest in the industry of service for the motherland.

We know that the CD4553 is a three decimal counter, an output, to complete the threeoutput scan utput mode, the strobe pulse signal, in order to control the output of threedecimal, in order to achieve the scan shows. In this paper, in order to be familiar with theCD4553 pin and function of the composition and use of the circuit, we can use theappropriate resistors, capacitors, diodes and other devices based on the CD4553, athree semi-count display circuit function.

Keywords: CD4553 Three semi-skilled display circuit

目录 i

目 录

第一章 绪 论 ................................................................................................................. 1 1.1 计数器概述 ........................................................................................................... 1 1.2 计数器作用 ........................................................................................................... 1 1.3 多功能电子计数器的现状和发展 ....................................................................... 2 第二章 硬件系统设计 ................................................................................................... 3 2.1 CD4553简介 ........................................................................................................ 3 2.2 特性及基本概念 ................................................................................................... 4 2.3 7805简介 .............................................................................................................. 6 2.3.1 7805概述 ...................................................................................................... 6 2.3.2 7805应用电路 .............................................................................................. 7 2.3.3 7805电参数 .................................................................................................. 8 2.4 CD4013介绍 ........................................................................................................ 8 2.4.1

工作原理 ................................................................................................... 9

2.4.2 N/2分频电路 ................................................................................................ 9 2.4.3

特性 ......................................................................................................... 10

2.4.4 CD4013真值表 .......................................................................................... 10 2.5 NE555的介绍 .................................................................................................... 11 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.5.5 2.5.6

简介 ......................................................................................................... 11 主要特点 ................................................................................................. 12 引脚位配置 ............................................................................................. 12 参数功能特性 ......................................................................................... 13 相关应用 ................................................................................................. 13 温度与封装对照表 ................................................................................. 14

2.6 74LS48介绍 ....................................................................................................... 14 2.7 数码管 ................................................................................................................. 18 2.7.1 2.7.2 2.7.3

产品特点 ................................................................. 错误！未定义书签。 技术参数 ................................................................. 错误！未定义书签。 应用领域 ................................................................. 错误！未定义书签。

ii 目录

2.7.4 LED数码管驱动方式 ................................................................................ 20 2.7.5 LED数码管分类 ........................................................ 错误！未定义书签。 2.7.6 LED的光源和优缺点 ................................................ 错误！未定义书签。 第三章 软件系统设计 ................................................................................................. 21 3.1 PROTEUS 简介 ................................................................................................. 21 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4

功能特点 ................................................................................................. 21 基本操作 ................................................................................................. 22 功能模块 ................................................................. 错误！未定义书签。 资源丰富 ................................................................. 错误！未定义书签。

电路仿真 ................................................................................................................. 23 3.2 PROTEL介绍..................................................................................................... 24 3.2.1 3.2.2 3.2.3

软件发展 ................................................................. 错误！未定义书签。 软件特色 ................................................................................................. 24 软件介绍 ................................................................................................. 25

3.2.4 Protel.DXP2004 电路板设计 .................................................................... 27 第四章 系统调试 ......................................................................................................... 29 第五章 总结 ................................................................................................................. 31 致 谢 33

第一章 绪 论 1

第一章 绪 论

1.1 计数器概述

计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，又如在数字仪器中对脉冲的计数等等。计数器可以用来显示产品的工作状态，一般来说主要是用来表示产品已经完成了多少份的折页配页工作。它主要的指标在于计数器的位数，常见的有3位和4位的。很显然，3位数的计数器最大可以显示到999，4位数的最大可以显示到9999。

1.2 计数器作用

在数字电子技术中应用的最多的时序逻辑电路。计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。但是并无法显示计算结果，一般都是要通过外接LCD或LED屏才能显示。

2 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

1.3 多功能电子计数器的现状和发展

目前的多功能电子计数器，主要由单片机或专用集成电路构成。结构小巧，功能更加灵活多样。一般而言，多功能电子计数器，主要功能有： 1.加法/减法（可控） 2.双向计数（自动） 3.低速（数字滤波抗干扰） 4.掉电续计（可选） 5.分段报警 6.反馈输出 7.通讯

8.面板设置或远程设置 9.多机联网

由于电子技术的不断发展，多功能电子计数器的总体结构越趋小巧，显示方式和操控方式也趋于多样化，可嵌入可联网，可繁可简，可灵活架构，已经成为一种新的趋势。

第二章 硬件系统设计 3

第二章 硬件系统设计

2.1 CD4553简介

CD4553有两个特点：

（1）有多种功能：锁存控制、计数允许、计满溢出和清零等。

（2）是三位10进制计数器，但只有一位输出端（输出BCD码），要完成三位输出，采用扫描方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制三位十进制的输出，从而实现扫描显示方式。

CD4553的组成方框图及管脚排列如图3、图4所示，功能表见表1。现在简 要说明这写管脚的功能。

（1）CL（引脚12）为计数器的脉冲输入端。

（2）INH（引脚11）为计数允许控制端，当INH为“0”时，计数脉冲由CL端进入计数器，而当INT为“1”时，禁止计数脉冲输入计数器，计数器保持禁止

4 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

前的最后计数状态。

（3）LE（引脚10）为锁存允许端，当LE为“1”时，锁存器呈锁存状态而保持原有锁存器内信息。

（4）R（引脚13）为复零端，当R=1时，计数器输出Q0～Q3皆为0。 （5）输出哪一位的计数值由选脉冲DS1～DS3控制（低电平有效）。

（6）溢出OF（引脚14），当CD4553每计满1000个脉冲时，溢出端输出一个脉冲，而后又重新开始计数。 输 入 R 0 0 0 0 0 0 0 0 1

× 1 1 0 × × × × × × × 1 0 CL INH 0 0 1 LE 0 0 × 0 0 × 不变 计数 不变 计数 不变 不变 锁存 锁存 Q1=Q2=Q3=Q4=0 输 出 2.2 特性及基本概念

CD4553是3位十进制计数器，但只有1个输出端，要完成3位输出，采用扫描输出方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制3位十进制的输出，从而实现扫描显示方式。 引脚功能：

第二章 硬件系统设计 5

CLOCK：计数脉冲输入端，下调沿有效。 CIA、CIB：内部振荡器的外界电容端子。

MR：计数器清零（只清计数器部分），高电平有效。

LE：锁定允许。当该端为低电平时，3组计数器的内容分别进入3组锁存器，当该端为高电平时，锁存器锁定，计数器的值不能进入。 DIS：该端接地时，计数脉冲才能进行计数。

DS1、DS2、DS3：位选通扫描信号的输出，这3端能循环地输出低电平，供显示器作为位通控制。

Q0、Q1、Q2、Q3：BCD码输出端，它能分时轮流输出3组锁存器的BCD码。 CD4553内部虽然有3组BCD码计数器（计数最大值为999），但BCD的输出端却只有一组Q0～Q3通过内部的多路转换开关能分时输出个、十、百位的BCD码，相应地，也输出3位位选通信号。例如：当Q0～Q3输出个位的BCD码时，DS1端输出低电平；当Q0～Q3输出十位的BCD码时，DS2端输出低电平；当Q0～Q3输出百位的BCD码时，DS3端输出低电平时，周而复始、循环不止。

真值表：

Inputs 输入 Master Reset 0 0 0 0 0 0 0 0 1 ↑ ↓ x 1 1 0 x x x Clock 0 0 1 ↑ ↓ x x x x Disable 0 0 x 0 0 x ↑ 1 0 LE Outputs 输出 No Change 没有变化 Advance 进行 No Change 没有变化 Advance 进行 No Change 没有变化 No Change 没有变化 Latched 锁存 Latched 锁存 Q0=Q1=Q2=Q3=0

6 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

CD4553引脚图

2.3 7805简介

2.3.1 7805概述

电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 ×× 系列和负电压输出的79××系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。 用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。 因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。

第二章 硬件系统设计 7

2.3.2 7805应用电路

7805典型应用电路图: 78XX系列集成稳压器的典型应用电路如下图所示，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器7805，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。当输出电流较大时，7805应配上散热板。 下图为提高输出电压的应用电路。稳压二极管VD1串接在78XX稳压器2脚与地之间，可使输出电压Uo得到一定的提高，输出电压Uo为78XX稳压器输出电 压与稳压二极管VC1稳压值之和。VD2是输出保护二极管，一旦输出电压低于VD1稳压值时，VD2导通，将输出电流旁路，保护7800稳压器输出级不被 损坏。 下图为输出电压可在一定范围内调节的应用电路。由于R1、RP电阻网络的作用，使得输出电压被提高，提高的幅度取决于RP与R1的比值。调节电位器RP，即 可一定范围内调节输出电压。当RP=0时，输出电压Uo等于78XX稳压器输出电压；当RP逐步增大时，Uo也随之逐步提高。 下图为扩大输出电流的应用电路。VT2为外接扩流率管，VT1为推动管，二者为达林顿连接。R1为偏置电阻。该电路最大输出电流取决于VT2的参数。

8 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

2.3.3 7805电参数

2.4 CD4013介绍

在电子技术中，N/2(N为奇数)分频电路有着重要的应用，对一个特定的输入

频率，要经N/2分频后才能得到所需要的输出，这就要求电路具有N/2的非整数倍的分频功能。CD4013是双D触发器，在以CD4013为主组成的若干个二分频电路的基础上，加上异或门等反馈控制，即可很方便地组成N/2分频电路。

结构组成： 图1是3/2分频电路。IC1、IC2均接成二分频器，所以该电路是由四分频电路与反馈控制电路组成，计数脉冲由异或门F1输出。fi既作为分频信号又作为时钟脉冲接入异或门的一个输入端，从四分频电路的IC2的Q2输出端引出反馈信号作F1的另一输入端。输出信号fo从IC1的Q1端输出。图2是其工作波形。

第二章 硬件系统设计 9

2.4.1 工作原理

设电路初始状态均在复位状态，Q1、Q2端均为低电平。当fi信号输入时，由于输入端异或门的作用(附表是异或门逻辑功能表)，其输出还受到触发器IC2的Q2端的反馈控制(非门F2是增加的一级延迟门，A点波形与Q2相同)。在第1个fi时钟脉冲的上升沿作用下，触发器IC1、IC2均翻转。由于Q2端的反馈作用使得异或门输出一个很窄的正脉冲，宽度由两级D触发器和反相门的延时决定。当第1个fi脉冲下跳时，异或门输出又立即上跳，使IC1触发器再次翻转，而IC2触发器状态不变。这样在第1个输入时钟的半个周期内促使IC1触发器的时钟脉冲端CL1有一个完整周期的输入，但在以后的一个输入时钟的作用下，由于IC2触发器的Q2端为高电平，IC1触发器的时钟输入跟随fi信号(反相或同相)。本来IC1触发器输入两个完整的输入脉冲便可输出一个完整周期的脉冲，现在由于异或门及IC2触发器Q2端的反馈控制作用，在第1个fi脉冲的作用下得到一个周期的脉冲输出，所以实现了每输入一个半时钟脉冲，在IC1触发器的Q1端取得一个完整周期的输出。

2.4.2 N/2分频电路

是5/2分频电路。IC1、IC2、IC3三级D触发器级联为8分频电路，电容C起滤波作用，输出信号fo从IC2的Q2端输出。电路中有Q1、Q3两个反馈控制。从工作波形可知，Q1的反馈信号中每两个反馈信号中就有一个受到Q3反馈波形的影响，所以在A点仅能形成几百毫微秒宽的脉冲。由于电容C的作用，Q1的反馈信号(即一窄脉冲)被滤除掉，如波形A的虚线所示。最后在Q2端输出fo信号。fo每变化一个周期，对应于输入信号fi的两个半周期，即fo的频率为fi的2/5。

10 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

是7/2分频电路。该电路与相似，区别在于电路中一个反馈信号在中是从Q1端引出的，而是从Q2端引出的，fo信号从Q2端输出。电路有Q2、Q3两级反馈，由于Q2反馈信号受Q3反馈的影响，在A点仅能形成几百毫微秒宽的窄脉冲，此窄脉冲被电容C滤除掉，因此Q2反馈不起作用，电路实际上只有一个Q3反馈，因而使得fo输出信号每变化一个周期，对应于fi输入信号的三个半周期，即fo的频率为fi的2/7。其工作波形如图6所示。 上面介绍的N/2分频电路仅限于N≤7，当N≥7时，可根据分频N值的大小，相应增加二分频级数，并恰当引接反馈信号走线，便可得到N≥7的分频电路。下面仅介绍一例9/2分频电路，如所示。是其工作波形。 IC1～IC4四级D触发器组成16分频电路，fo信号从Q3输出，电路有Q1、Q4两级反馈。其工作原理与上述有关分频电路相似，波形图上A点虚线脉冲表示为电容C滤除掉的Q1反馈信号。从中可知，只要fi输入四个半周期的时钟信号，就输出一个周期信号fo，即fo的频率为fi的2/9。

2.4.3 特性

从以上几个N/2分频电路可得到如下几个特性：

1.电路工作原理是，在第n个周期，末级两分频器的输出为高电平时，输入时钟脉冲的上升沿使分频电路工作；在第n+1个周期，末级两分频器的输出为低电平时，输入时钟脉冲的下降沿使分频电路工作。

2.电路采用的是异步触发形式，各触发器的初始状态不会影响到分频的功能。如果要求初始状态为“0”状态，可以将D触发器的复位端R引出，接至复位控制电路。

3.输入信号fi的最高工作频率fimax除受到CMOS元件fM的限制外，还受到D触发器、反馈门翻转延迟和电容C滤波频率特性的影响，所以应尽可能提高fi的值。一般情况下，最高工作频率fimax在几百千赫以下。▲用CD4013双D触发器做的脉冲4分频器。 2.4.4 CD4013真值表

一个D有6个端子：2个输出，4个控制。4个控制分别是R、S、CP、D。

第二章 硬件系统设计 11

1）R和S不能同时为高电平。2）当R为1、S为0时，输出Q一定为0，因此R可称为复位端。3）当S为1、R为0时，输出Q一定为1。4）当R、S均为0时，Q在CP端有脉冲上升沿到来时动作，具体是Q=D，即若D为1则Q也为1，若D为0则Q也为0。

2.5 NE555的介绍

NE555 （Timer IC）为8脚时基集成电路，大约在1971年由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30年中非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，后来基于CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。

2.5.1 简介

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。

12 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

2.5.2 主要特点

1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。

2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。 3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 2.5.3 引脚位配置

Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。

Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。

Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。

Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。

Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。

Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。

Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。

第二章 硬件系统设计 13

2.5.4 参数功能特性

·供应电压4.5-18V

·供应电流3-6 mA ·输出电流225mA (max) ·上升/下降时间100 ns 2.5.5 相关应用

NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器（Monostable Mutlivibrator）及无稳态多谐振荡器（Astable Multivibrator）

14 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

2.5.6 温度与封装对照表

2.6 74LS48介绍

7段显示译码器74LS48是输出高电平有效的译码器，其真值表如表1。

74LS48/SN74LS48 引脚功能图

工作电压:5V

第二章 硬件系统设计 15

74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（Ya～Yg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。 由7448真值表可获知7448所具有的逻辑功能： （1）7段译码功能（LT=1，RBI=1）

在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低电平，见表1中1～16行。 （2）消隐功能（BI=0）

此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT 和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。 （3）灯测试功能（LT = 0）

此时BI/RBO端作为输出端， 端输入低电平信号时，表1最后一行，与 及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。

（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）

此时BI/RBO端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时DCBA = 0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA≠0，则对显示无影响。该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。 表1：

16 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

图2 7段显示译码器7448（a）逻辑图（b）方框图（c）符号图 图2给出了7448的逻辑图，方框图和符号图。由符号图可以知道，4号管脚端具有输入和输出双重功能。作为输入（BI）低电平时，G21为0，所有字段输出置0，即实现消隐功能。作为输出（RBO），相当于LT，及CT0的与坟系，即LT=1，RBI=0，DCBA=0000时输出低电平，可实现动态灭零功能。3号（LT）端有效低电平时，V20=1，所有字段置1，实现灯测试功能。

第二章 硬件系统设计 17

74ls48引脚图以及真值表

图6-4 74LS48的引脚排列

18 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

2.7 数码管

LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的 2个8数码管字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。

led数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成

“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的

第二章 硬件系统设计 19

电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。下面将介绍常用LED数码管内部引脚图片

10引脚的LED数码管 图1 这是一个7段两位带小数点 10引脚的LED数码管 LED数码管引脚定义图2 引脚定义

每一笔划都是对应一个字母表示 DP是小数点.

LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。

A、静态显示驱动：

静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O埠进行驱动，或者使用如BCD码二-十进位*器*进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O埠多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O口才32个呢。故实际应用时必须增加*驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。 B、动态显示驱动：

数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划\\的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O口，而且功耗更低。

20 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

2.7.1 LED数码管驱动方式

LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动

静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动

LED数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划\的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉

第三章 有关软件简介 21

暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

第三章 有关软件简介

3.1 PROTEUS 简介

Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。 3.1.1 功能特点仿真截图

Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：

22 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

1．原理布图

2．PCB自动或人工布线 3．SPICE电路仿真 革命性的特点 1．互动的电路仿真

用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

2．仿真处理器及其外围电路

可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型

上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。

3.1.2 基本操作 1、选择元件：P按钮 常用元件所在库及名称 名称 所在库名 元件名

51单片机 Microprocessor AT89C51 电阻 Resistors 排阻 Resistors RESPACK 电容 Capacitors

晶振 Miscellaneous CRYSTAL 继电器 Switches&Relays G2R 三级管 Transistors

7段数码管 Optoelectronics 7SEG-COM-AN（共阳） 7SEG-COM-CAT（共阴） LED 同上 LED-BLUE/GREEN

两位、四位数码管 同上 7SEG-MPX2/MPX4 2、选择要使用的元件

在Pick Device窗口双击相应元件名称，即可将元件添加到主界面左侧

第三章 有关软件简介 23

的列表中

3、放置元件到绘图区

单击列表中的元件，然后在右侧的绘图区单击，即可将元件放置到绘图区。（每单击一次鼠标就绘制一个元件，在绘图区空白处单击右键结束这种状态）

4、删除元件

右击元件一次表示选中（被选中的元件呈红色），选中后再一次右击则是删除。

5、移动元件

右击选中，然后用左键拖动。 6、旋转元件

左下角旋转工具栏 7、元件连线

在引脚上鼠标指针变成X状，单击，移动到目的引脚，再次单击。 8、删除连线 同删除元件 9、绘制电源和地

单击工具栏上的左起第8个工具（Inter-Sheet Terminal），左侧工具栏显示TERMINALS，可在其中选择POWER或GROUND，像放置元件一样放置到绘图区。 电路仿真

在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。

PROTEUS 是单片机课堂教学的先进助手。

PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。

它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。

24 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

3.2 PROTEL介绍

PROTEL是Altium公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。

早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到DXP 2004，是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上。

设计原理图、PCB图过程截图

3.2.1 软件特色

Protel99 SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完

整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。以下介绍一些Protel99SE的部分最新功能：

可生成30多种格式的电气连接网络表；强大的全局编辑功能；在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中；同时运行原理图和PCB，在打开的

第三章 有关软件简介 25

原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络，既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性；满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728国标库）；方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE 3f5）；支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件； PCB可设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层；强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查；智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺；提供大量的工业化标准电路板做为设计模版；放置汉字功能；可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换；智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用）；方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果；独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果；强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等；经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接从PCB启动；反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合；专家导航帮您解决信号完整性问题。

3.2.2 软件介绍

首先，在PCB部分，除了Protel2004中的多通道复制；实时的、阻抗控制布线功能；SitusTM自动布线器等新功能以外，Altium Designer 6.0还着重在：差分对布线，FPGA器件差分对管脚的动态分配， PCB和FPGA之间的全面集成，从而实现了自动引脚优化和非凡的布线效果。还有PCB文件切片，PCB多个器件集体操作，在PCB文件中支持多国语言（中文、英文、德文、法文、日文），任意字体和大小的汉字字符输入，光标跟随在线信息显示功能，光标点可选器件列表，复杂BGA器件的多层自动扇出，提供了对高密度封装（如BGA）的交互布线功能，总线布线功能，器件精确移动，快速铺铜等功能。交互式编辑、出错查询、布线和可视化功能，从而能更快地实现电路板布局，支持高速电路设计，具有成熟的布线后信号完整性分析工具。Altium Designer 6.0 对差分信号提供系统范围内的支持，可对高速内连的差分信号对进行充分定义、管理和交互式布线。支持包

26 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

括对在FPGA项目内部定义的LVDS信号的物理设计进行自动映射。LVDS 是差分信号最通用的标准，广泛应用于可编程器件。Altium Designer 可充分利用当今FPGA 器件上的扩展I/O管脚。

其次，在原理图部分，新增加“灵巧粘帖”可以将一些不同的对象拷贝到原理图当中，比如一些网络标号， 一页图纸的BOM表，都可以拷贝粘帖到原理图当中。原理图文件切片，多个器件集体操作，文本筐的直接编辑，箭头的添加，器件精确移动，总线走线，自动网标选择等！ 强大的前端将多层次、多通道的原理图输入、VHDL开发和功能仿真、布线前后的信号完整性分析功能。在信号仿真部分，提供完善的混合信号仿真，在对XSPICE 标准的支持之外，还支持对Pspice模型和电路的仿真，对FPGA设计提供了丰富的IP内核，包括各种处理器、存储器、外设、接口、以及虚拟仪器。

第三，在嵌入式设计部分，增强了JTAG器件的实时显示功能，增强型基于FPGA的逻辑分析仪，可以支持32位或64位的信号输入。除了现有的多种处理器内核外，还增强了对更多的32位微处理器的支持，可以使嵌入式软件设计在软处理器，FPGA内部嵌入的硬处理器，分立处理器之间无缝的迁移。使用了Wishbone 开放总线连接器允许在FPGA上实现的逻辑模块可以透明的连接到各种处理器上。Altium Designer 6.0支持 Xilinx MicroBlaze，TSK3000 等32位软处理器，PowerPC 405 硬核，并且支持AMCC 405和Sharp BlueStreak ARM7 系列分立的处理器。对每一种处理器都提供完备的开发调试工具。引入了以FPGA为目标的虚拟仪器，当其与 LiveDesign-enabled硬件平台NanoBoard结合时，用户可以快速、交互地实现和调试基于FPGA的设计，可以更换各种FPGA子板,支持更多的FPGA器件，例如 Cyclone II,Stratix II,ProASIC3,Virtex-4,MAX II等系列器件，提供了各个厂家近百种类型的FPGA子板，包括几十款FPGA+MCU（CPU）+RAM+SDRAM的子板。在器件库方面支持基于ODBC和ADO的数据库，可以使用OrCAD的器件库。完全兼容Protel98/Protel99/Protel99se/ProtelDXP，并提供对Protel99se下创建的DDB和库文件导入功能，还增加了P-CAD,OrCAD PADS PCB等软件的设计文件和库的导入，AutoCAD和其它软件的文件导入和导出功能。完整的ODB++ / Gerber CAM-系统使得用户可以重新设计原有有的设计，弥补设计和制造之间的差异. Altium。Designer 6.0以强大的设计输入功能为特点，在FPGA和板级设计中，同时支持原理图输入和HDL硬件描述输入模式；同时支持基于VHDL

第三章 有关软件简介 27

的设计仿真，混合信号电路仿真、布局前/后信号完整性分析.Altium Designer 6.0的布局布线采用完全规则驱动模式，并且在PCB布线中采用了无网格的SitusTM拓扑逻辑自动布线功能；同时，将完整的CAM输出功能的编辑结合在一起。

Altium Designer 6.0 是两年之内的第六次更新，极大地增强了对高密板设计的支持，可用于高速数字信号设计，提供大量新功能和改进，改善了对复杂多层板卡的管理和导航，可将器件放置在PCB板的正反两面，处理高密度封装技术，如高密度引脚数量的球型网格阵列 (BGAs)。

Altium Designer 6.0中的Board Insight? 系统把设计师的鼠标变成了交互式的数据挖掘工具。Board Insight 集成了“警示”显示功能，可毫不费力地浏览和编辑设计中叠放的对象。工程师可以专注于其目前的编辑任务，也可以完全进入目标区域内的任何其他对象，这增加了在密集、多层设计环境中的编辑速度。

Altium Designer 6.0 引入了强大的‘逃逸布线’引擎，尝试将每个定义的焊盘通过布线刚好引到BGA边界，这令对密集BGA类型封装的布线变的非常简单。显著的节省了设计时间，设计师无需手动就可以完成在一大堆焊盘间将线连接这些器件的内部管脚。

Altium Designer 6.0极大减少了带有大量管脚的器件封装在高密度板卡上设计的时间，简化了复杂板卡的设计导航功能，设计师可以有效处理高速差分信号，尤其对大规模可编程器件上的大量LVDS资源。

Altium Designer 6.0 充分利用可得到的板卡空间和现代封装技术，以更有效的设计流程和更低的制造成本缩短上市时间。

3.2.3 Protel.DXP2004 电路板设计

到现在许多PCB工程师们也许还在使用Protel99或者protel99se在他们所熟悉的编辑环境下进行PCB设计，他们都很有经验，能够在protel99或protel99se上设计出一块很棒的PCB。但有的时候他们甚至不相信软件的智能化给他们带来的巨大方便。于是许多PCB工程师根本不使用软件带有的强大的自动布线功能，因为即使重复布上几百次都不能得到他们满意的方案，或是调整的线太多还不如完全手工布线。这些都让他们不愿意接受也不相信更新换代了的人工

28 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

智能能给他们的设计带来什么巨大的方便，他们相信的只是他们多少年积累的经验。但实际上他们都很清楚当他们设计一块多层高密度PCB所需要付出的代价是什么，同时他们也希望真的有那么一款软件能让他们的设计效率有极大的提高的PCB设计软件。现在Altium公司2004年最新产品Protel 2004完全能满足这方面的要求。当然Protel 2004面对的用户不光是为了方便这些有多年经验的PCB工程师们。Protel 2004同时还降低了制作PCB的门槛，通过短时间的培训(即使是自学)，很短时间您都可以很快的制作一块合格的PCB。

Protel 2004共可进行74个板层设计，包含32层Signal(信号走线层); 16层Mechanical(机构层); 16层Internal Plane(内层电源层);2层Solder Mask(防焊层); 2层Paste Mask(锡膏层); 2层Silkscreen(丝印层); 2层钻孔层（钻孔引导和钻孔冲压）； 1层Keep Out (禁止层); 1层Multi-Layer (横跨所有的信号板层)。

第四章 调试 29

第四章 调试

电路安装完毕，先不要接通电源进行初步检查。 一．连线是否正确

检查电路连线是否正确，包括错线（连线一端正确，另一端错误）、少线（安装时完全漏掉的线）和多线（连线的两端在电路图上都是不存在的）。查线步骤： 按照电路图检查安装的线路

这种方法的特点是，根据电路图连线，按一定顺序逐一检查安装好的线路，由此，可比较容易查出错线和少线。 二．元器件安装检查

检查元、器件引脚之间有无短路；连接处有无接触不良；二极管、三极管、集成器件和电解电容极性等是否连接有误。

电源供电与信号源连线，检查电源供电（包括极性）、信号源连线是否正确。 电源端对地（┸）是否存在短路，在通电前，断开一根电源线，用万用表检查电源端对地（┸）是否存在短路。

若电路经过上述检查，并确认无误后，就可转入调试。

30 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

第五章 总结 31

第五章 总结

2012年1月，我开始了我的毕业设计工作，时至今日，论文基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个过程难以用语言来表达。历经了1个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。

我不会忘记这难忘的1个月的时间。毕业论文的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；亲手设计电路图的时间里，记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情；为了论文我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资料的收集中，掌握了很多数电、集成块的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高，在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。

32 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

参考文献 33

致 谢

本文是在XXXX老师的精心指导下完成的，从论文的立题到最终完成，他都给予了我极大的关怀和帮助，并提出宝贵的意见。借此论文结束之际，我以诚挚的心情向他表示衷心的感谢，感谢他在这半年时间里对我的亲切关怀、热情鼓励和悉心指导。

感谢XXXXXX等学长所给予的关心和帮助，感谢323实验室所有的同学给予我的鼓励和帮助！

感谢在学业和生活中曾给予我鼓励帮助的同学们和老师们！ 最后，特别感谢我的家人多年来给予我的关心、理解和支持！

34 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

参考文献 35

参考文献

【1】 周良全:《数字电子技术基础》，高等教育出版社，2002年第2版 【2】 杨毅德: 《模拟电路》，重庆大学出版社，2004年 【3】 王毓银: 【4】 童师白: 【5】 阎石:

，高等教育出版社，1992 《模拟电子技术基础》，高等教育出版社，2001 《数字电子技术基础》，北京高等教育出版社，1998第4版

《脉冲与数字电路》36 基于CD4553的三位半计数显示电路的设计

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mvv6.html