第2章 数字电子电路实验
实验2.6 数码管显示电路及其应用
一、实验目的
1、熟悉七段共阴、共阳LED数码管的结构、使用方法。 2、熟悉共阴译码驱动电路的原理及使用方法。 3、掌握数码显示电路的应用。
二、实验设备及材料
数字逻辑电路实验箱共阴、共阳数码管和扩展板、数字万用表、4线—七段译码/驱动器78LS48或集成芯片74LS248、二—五—十进制计数器74LS90计数器等。
三、实验原理
4线—七段译码/驱动器是把给定的代码进行翻译，直观地用七段显示数字。显示与译码是配套使用的。在数字测量仪表和各种数字系统中，将数字量直观的显示出来。人们一方面可直接读取测量和运算的结果；另一方面可用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成，如图2.6.1所示。
图2.6.1 数字显示电路组成方框图
1、LED数码管
数码的显示方式一般有三种：字型重叠显示式；分段显示式；点阵显示式。以分段显示式应用最为普遍。主要器件是七段发光二极管（LED）显示器。它可分为两种形式：一种是共阳极显示器（发光二极管的阳极都接在一个公共点上），即笔段电极接低电平,公共阳极接高电平时，相应的笔段可以发光。另一种是共阴极显示器（发光二极管的阴极都接在一个公共点上，使用时公共点接地）。图2.6.2是七段共阴数码管电路和引脚图。图2.6.3为七段共阳数码管电路和引脚图。
图2.6.2 七段共阴数码管
（a）七段共阴发光二极管 （b）共阴引脚图
（a）七段共阳发光二极管 （b）共阳引脚图
图2.6.3 七段共阳数码管
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实验2.6 数码管显示电路及其应用
一个数码管可以显示一位0～9十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5吋和0.36吋）每段发光二极管的正向压降，随着显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5～10 mA之间。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字需要有一个专门的译码器，该译码器不但要有译码功能，还要有相当的驱动能力。
2、译码驱动器
（1）4线—七段显示共阴极译码驱动器74LS48
半导体数码管可以用TTL或CMOS集成电路直接驱动，为此就需要用显示译码器将BCD代码译成数码管所需要的驱动信号，以便使数码管用二进制数字显示出BCD代码所表示的数值。
74LS48是BCD输入，有上拉电阻能够配合七段发光二极管工作的4线—七段译码/驱动器，它的逻辑符号如图2.6.4（b）所示。D、C、B、A是BCD码的输入端，Ya、Yb、YC……Yg是译码输出端，用“1”表示数码管中笔段的点亮状态。用“0” 表示数码管中的笔段的熄灭状态。译码/驱动器集成芯片引脚功能如图2.6.4（a）所示。
LT为试灯端、RBI为灭零输入端，它们都是低电平有效。当LT=0、RBI为高电平
时，数码管输出全为“1”，显示笔段8字。当RBI=0且D、C、B、A为0000时，数字0不显示，处于灭零状态。BI/RBO为灭灯输入/灭零输出。BI为灭灯输入端，当BI =0是输出全为零；RBO是灭零输出端，该器件处于灭零状态时，RBO=0，否则，RBO=1。BI/RBO主要是用来控制相邻的灭零功能。
（a）引脚排列
（b） 逻辑符号
图2.6.4 4线—七段译码/驱动器74LS48（74LS248）
（2）4线—七段显示共阳极译码/驱动器74LS47芯片 74LS47芯片是驱动共阳极显示数码管的译码驱动集成芯片，引脚功能排列与74LS48相同。使用时要注意74LS47为集电极开路输出，需要外接上拉电阻。而74LS48芯片内部有升压电阻，可以直接与显示器相连。
（3）74LS248芯片共阴极译码/驱动器
74LS248芯片与74LS48芯片的功能和使用方法完全相同，但不同的是共阴极数码管显示6与9数字的笔划有一点差别，如图2.6.5所示。
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第2章 数字电子电路实验
图2.6.5 74LS248与74LS48的显示区别（上为74LS248，下为74LS48）
（4）CD4511共阴极译码/驱动器
CD4511功能和显示效果与74LS48基本一样，二者的区别在于CD4511的输入码超过1001（即大于9）时，它的输出全为“0”，数码管熄灭。LT为灯测试输入端， 而且使用CD4511时，输出端与数码管之间要串入限流电阻，如图2.6.6所示
图2.6.6 CC4511数码管译码/驱动电路图
四、实验内容
1、芯片74LS48译码/驱动器与数码管连接功能测试（验证性实验）
将74LS48输入端D、C、B、A（按左高右低）分别接逻辑拨位开关，输出端Ya、3脚（LT端）Yb、Yc、Yd、Ye、Yf、Yg分别接共阴极数码管对应的字符。74LS48的○、
4脚、RBI○5脚接逻辑拔位开关，○16脚为电源+5V，○8脚接地。数码管与BI/RBO○
3脚引线必须接一个100~200 Ω小电阻再译码/驱动器74LS48连接使用时，数码管的○
连到电路的地端，以限制数码管工作电流，否则可能会烧坏数码管。
3脚（LT端）为低电平、芯片○4、○5脚为高电平时，七段数码管当芯片74LS48○
全亮，用此方法可以检查译码器及数码管的好坏。译码器输入的二进制代码
3、○4、○5脚应全为高电平。记录数码管中的七段显示电平和字（0000~1111）时，○
型显示，填入表2-6-1中。
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实验2.6 数码管显示电路及其应用
表2-6-1 译码/驱动器74LS48与共阴数码管连接功能测试表 十进制或功能 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 灭灯 测灯 灭零 1 1 1 × 0 1 试灯 灭灯 1 1 1 × 1 0 0 0 × × 0 0 0 × × 0 0 0 0 1 × 1 1 0 1 0 输 入 D C B A 输 出 Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 灭 显示 字型 灭 × × × × 2、共阳极译码器74LS47与数码管连接，测试其功能（验证性实验） 3、数码显示电路在计数器中的应用（综合性实验）
74LS90芯片是二－五－十进制中规模集成计数器。它由二进制计数器和五进制计数器构成，具有二分频、五分频和十分频功能。引脚功能如图2.6.7所示。
计数脉冲从CKA端输入，QA输出，为二进制计数器。计数器脉冲从CKB输入，QB~QD输出，为五进制计数器。将QA与CKB相连，计数脉冲从CKA输入，QA~QD端输出，为8421码十进制计数器。
74LS90芯片功能表如图2-6-2所示。从表中可以看出，当复位输入R0(1)=R0(2)=1，且置位输入R9(1)·R9(2)=0时，74LS90的输出被直接置零。当置位输入R9(1)·R9(2)=1，则74LS90的输出将被直接置9，即QDQCQBQA=1001；
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图2.6.7 74LS90的引脚图
当R0(1)·R0(2)=0和 R9(1)·R9(2)=0时，在计数脉冲（下降沿）作用下实现二－五－十进制
第2章 数字电子电路实验
加法计数。
表2-6-2 中规模二－五－十进制集成计数器74LS90功能表
复位输入 R0(1) 1 1 × 0 × × R0(2) 1 1 × × 0 0 置位输入 R9(1) 0 × 1 × 0 × R9(2) × 0 1 0 × 0 时钟 CAK/CAB × × × ↓ ↓ ↓ QA 0 0 1 输 出 QB 0 0 0 QC 0 0 0 计 数 计 数 计 数 QD 0 0 1
实验时，分别将集成芯片74LS90连接为二进制、五进制、一位十进制脉冲计数器（脉冲源由1Hz连续脉冲提供），计数器输出接入译码/驱动器74LS48（或74LS248）的输入端，观察并记入发光二极管显示二进制的数据和数码管显示的数据（自拟表格）。
五、预习要求
1、复习译码器和七段发光数码管的原理。
2、熟悉实验内容，分别绘出实验内容1、2中译码器与数码管连接电路。 3、分别画出实验内容3中用74LS90连接成二进制、五进制、一位十进制计数器显示电路图（根据实验室提供的条件选取译码器和数码管）。
六、实验报告思考题
1、整理实验电路和实验数据，分析实验结果，验证数码显示电路的功能。 2、译码器输出与数码管显示引脚之间为什么要接100~200Ω的小电阻？
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