计数、译码、显示电路

数字电子技术实验 211 实验 3 7 计数 译码 显示电路 一 实验目的 1 掌握集成十进制计数器 显示译码驱动器及数码管的功能与使用方法 2 学习译码器和共阳极七段显示器的使用方法 3 进一步熟悉用示波器测试计数器输出波形的方法 二 实验原理 生活中常需要将计数脉冲值直观的显示出来 它的实现一般经过了下面几个 步骤 如图 3 7 1 方框图所示 计数器输出的用 8421BCD 码表示的脉冲个数信号 经译码器译码输出相应的脉冲信号 输出的脉冲信号通过显示器显示出相应的数 字 图 3 7 1 计数 译码 显示框图 1 计数器 输入的脉冲数通过计数器计数 并将结果用 8421 BCD 码表示出来 本实验 中采用了一种十进制计数器 74LS160 以 74160 为例 通过对集成计数器功能和应用的介绍 帮助读者提高借助产 品手册上给出的功能表 正确而灵活地运用集成计数器的能力 1 74LS160 的功能介绍 74LS160 为十进制可预置同步计数器 其逻辑符号如图 3 7 2 所示 功能表 见表 3 7 l 所示 计数器译码器显示器 脉冲信号 数字电子技术实验 212 表 3 7 l 74LS160 的功能表 输输 入入输输 出出 CTP CTT CP D0 D1 D3 D4 Q0 Q1 Q2 Q3 L L L L L H L d0 d1 d2 d3 d0 d1 d2 d3 H H H H 计 数 H H L 保 持 H H L 保 持 注意 注意 3210 QQQQCTCO T 计数器有下列输入端 异步清零端 低电平有效 时钟脉冲输入端CR CP 同步并行置数控制 低电平有效 计数控制端 CTT和 CTp 并行数据输LD 入端 D0 D3 它有下列输出端 四个触发器的输出端 Q0 Q3 进位输出 CO 根据功能表 3 7 l 可看出 74160 具有下列功能 异步清零功能 若输入低电平 则不管其他输入端 包括 CP 端 如CR 何 实现四个触发器全部清零 由于这一清零操作不需要时钟脉冲 CP 配合 即 不管 CP 是什么状态都行 所以称为 异步清零 同步并行置数功能 在 1 且 0 的前提下 在 CP 上升CRLD 沿的作用下 触发器 Q0 Q3 分别接收并行数据输入信号 D0 D3 由于这个置数操作必须有 CP 上升沿配合 并 与 CP 上升沿同步 所以称为 同步 的 由于四个触发器同时置入 所以称为 并行 同步十进制加计数功能 在 1 图 3 7 2 74LS160 逻辑符号CR 1 的前提下 若计数控制端 CTT CTp 1 则对计数脉冲 CP LD CRLD 数字电子技术实验 213 实现同步十进制加计数 这里 同步 二字既表明计数器是 同步 而不是 异步 结构 又暗示各触发器动作都与 CP 上升沿 同步 保持功能 1 的前提下 若 CTT CTP 0 即两个计数LDCR 器控制端中至少有一个输入 0 则不管 CP 如何 包括上升沿 计数器中各触发 器保持原状态不变 进位输出 这表明 进位输出端通常为 0 仅当计 3210 QQQQCTCO T 数控制端 CTT 1 且计数器状态为 9 时它才为 1 2 译码器 以下主要介绍两种型号 以 BCD 码七段译码驱动器为例 74LS47 是一个专门用来将输入的四位 8421 码转换为七段码并驱动数码管 BS311101 共阳 的集成片 因为它是输出低电平有效 故只能驱动共阳极的数 码管 译码器 74LS48 是高电平输出有效 可配用共阴数码管 该芯片四个输入 端 A B C D 分别接 8421 码计数器的相应输出端 D 为最高位 七个输出端 接共阳七段显示器的对应端以驱动相应段亮 agLTBI 是三个辅助输入端 当辅助输入端均为高电平时 电路正常显示 RBORBI 其中是试灯输入端 当 0 时 数码管显示 为灭灯输入端 LTLTBI 当 0 时 灯熄灭 为动态灭零输入端 当 0 1 且BIRBIRBILT D C B A 0 时 显示器熄灭 即不显示 且输出 0 必须指出必须指出 0RBORBI 只熄灭数字 0 而不会熄灭其它数字 如果要正常显示 0 字 则应使 1 同样 74LS4 是一个专门用来将输入的四位 8421 码转换为七段码并驱RBI 动数码管 BS311201 共阴 的集成片 CC4511 是一个专门用来将输入的四位 8421 码转换为七段码并驱动数码管 数字电子技术实验 214 BS311201 共阴 的集成片 本实验采用 CC4511BCD 码锁存 七段译码 驱动器 驱动共阴极 LED 数码管 其管脚图见图 3 7 3 所示 图 3 7 3 CC4511 引脚排列 其中 A B C D BCD 码输入端 a b c D E f g 译码输出端 输出 1 有效 用来驱动共阴级 LED 数码管 测试输入端 0 时 译码输出全为 1 LTLT 消隐输入端 0 时 译码输出全为 1 BIBI LE 锁定端 LE 1 时译码器处于锁定 保持 状态 译码输出保持在 LE 0 时的数值 LE 0 为正常译码 CC4511 内接有上拉电阻 故只需在 输出端与数码管笔段之间串接限流即可工作 译码器还有拒伪码功能 当输入码 超过 1001 时 输出全为 0 数码管熄灭 3 显示器 数字显示器件有多种不同类型的产品 例如 辉光数字管 荧光数字管 液晶数字管 发光二极管数字管等 但因七段发光二极管数字管具有字形清晰美 观 驱动简便 信息安排方便 供电电源低 价格低廉等优点 因而得到广泛应 用 目前常用的是七段数码管 若加小数点 D P 则为八段 它由七个半导体 数字电子技术实验 215 二极管 LED 组成 当所有 LED 的阳极连在一起作为公共端时 为共阳数码管 当所有 LED 的阴级连在一起时 则为共阴数码管 BS311201 使用中切不可混 淆 七段发光二极管数字管由七段条状发光二极管排成字形显示数字 当给相 应的某些线段加一定的驱动电流或电压时 这些段就发光 从而显示相应的数字 为了鉴别输入情况 当输入码大于 9 时 七段显示仍显示一定图案 七段发光二 极管显示器有共阳共阳 共阴共阴两种连接形式 其内部发光二极管的连接图分别如图 3 7 4 所示 为限制各发光二极管的电流 可在它们的公共极上串联一只 240 的限流电阻 数码管的字形图见图 3 7 5 a 共阳极连接 b 共阴极连接 图 3 7 4 图 3 7 5 七段数码管显示笔段 对于共阳数码管 其公共阳极接高电平公共阳极接高电平 a f 相应端 二极管阴极 接低电 平 便显示相应数字 例如 若 a f 均接低电平 g 接高电平 则除 Dg 外 其 余二极管均导通发光 因而显示 同理 对共阴数码管 将公共阴极接低电 平 a f 相应端接高电平 g 接低电平 显示同样数字 数字电子技术实验 216 三 实验仪器 1 数字逻辑实验箱 一台 2 双踪示波器 一台 3 数字万用表 一块 4 集成电路若干 四 实验任务及步骤 1 测试计数器 74LS160 的逻辑功能 异步清零功能 0 观察输出端 Q3 Q0的变化 CR 数据置入 令 0 1 将输出端 Q0 Q3接到数字实验箱上发LDCR 光二极管 输入端 D0 D3端接到数字实验箱数据开关 置入不同电平 观察并记 录 LED 的显示状态 填入表 3 7 2 表 3 7 2 74LS160 的功能测试表 输 入输 出显示字型 D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 保持 令 1 CTP 0 或 CTT 0 时 改变输入端 D0 D3为CRLD 任意值 0 或 1 输出端 Q0 Q3应如何变化 与 D0 D3的状态是否无关 数字电子技术实验 217 加计数 令 CTP CTT 1 时 CP 接至 1Hz 方波脉冲 观察输LDCR 出端 Q0 Q3如何计数 将上述结果整理列表 总结计数器 74LS160 的逻辑功能 将 中的 CP 端接至 10KHz 方波脉冲 用示波器示波器将分别观察并记录加法计 数的输出端 Q0 Q3的波形 要求不少于 10 个周期 2 实现一个十进制设计电路 将计数脉冲个数用一位显示器显示出来 用 一片 74LS160 一片 CC4511 一片数码管实现 设计电路如图 3 7 6 所示 图 3 7 6 10 进制计数 译码 显示电路 实验步骤 按设计的电路图接好实际电路 接通电源 用点动脉冲在 CP 端逐个输入脉冲 观察数码管显示的字形 并记录显示的十个数字字形 记录表 3 7 2 中 在 CP 端接入脉冲发生器 1Hz 左右 记录数码管显示字形的变化 并用 万用表测量进位端 CO 电位 每当计数器数字跳到 9 时 应有一个进位脉冲输出 五 实验报告要求 1 总结十进制加法计数器 74160 的逻辑功能表 数字电子技术实验 218 2 在实验报告上画出十进制加法计数器中 CP Q0 Q3的波形图 标出周期 分析与总结该计数器的主要特点 3 画出十进制计数 译码 显示电路 各集成芯片之间及与发光二极管的 连接图 六 思考题 1 8421 码能表示 0 15 16 个数字 为什么十进制计数器真值表中只有 0 9 2 简述计数 译码 显示的过程 并举例说明 3 若采用高电平输出有效的 4 线 7 线译码 驱动器 74LS48 应该用何种类型 的数码管 七 注意