计数、译码、显示电路

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。

一、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。

计数器 脉冲信号 译码器 显示器 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。

表3.7.l 74LS160的功能表

输 入 CRLDCTP CTT CP D0 D1 D3 D4 L × × × × × × × × H L × × ↑ d0 d1 d2 d3 H H H H ↑ × × × × H H L × × × × × × H H × L × × × × ×

注意： COCTTQ0Q1Q2Q3

计数器有下列输入端：异步清零端CR（低电平有效），时钟脉冲输入端CP，

输 出Q0 Q1 Q2 Q3 L L L L d0 d1 d2 d3 计 数 保 持 保 持 同步并行置数控制LD（低电平有效），计数控制端 CTT和 CTp，并行数据输入端 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：

① 异步清零功能：若CR输入低电平，则不管其他输入端（包括CP端）如何，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”。

② 同步并行置数功能：在CR =“1”、且LD=“0”的前提下，在CP上升

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”。

③ 同步十进制加计数功能：在CR＝“1”， 图3.7.2 74LS160逻辑符号

LD＝“1”的前提下，若计数控制端CTT＝CTp=“1”,则对计数脉冲CP

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

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步”结构，又暗示各触发器动作都与CP（上升沿）同步。

④ 保持功能：CRLD＝“1”的前提下，若CTT·CTP=“0”， 即两个计数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。

⑤ 进位输出：COCTTQ0Q1Q2Q3，这表明：进位输出端通常为0，仅当计数控制端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。

⑴74LS47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BS（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a～g接共阳七段显示器的对应端以驱动相应段亮；LT、

BI/RBO、RBI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。

其中LT是试灯输入端，当LT=0时，数码管显示“ ”； BI为灭灯输入端，当BI=0时，灯熄灭；RBI为动态灭零输入端，当RBI=0，LT=1且D＝C=B＝A=0时，显示器熄灭（即不显示 ），且输出RBO=0。必须指出RBI=0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RBI=1。同样，74LS4８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BS（共阴）的集成片。

⑵CC4511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BS（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

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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。

LT－测试输入端，LT=“0”时，译码输出全为“1” BI－消隐输入端，BI=“0”时，译码输出全为“1”

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（BS）。使用中切不可混淆。

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数字电子技术实验

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240Ω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，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。

三、实验仪器

1．数字逻辑实验箱 一台

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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

⑴异步清零功能： CR=“0”，观察输出端Q3 ～Q0的变化。

⑵数据置入：令LD=“0”，CR=“1”，将输出端Q0～Q3接到数字实验箱上发光二极管，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 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9

⑶保持：令CR=LD=“1”，CTP=“0”或CTT=“0”时，改变输入端D0～D3为任意值（“0”或“1”），输出端Q0～Q3应如何变化？与D0～D3的状态是否无关？ ⑷加计数：令LD=CR= CTP= CTT=“1”时，CP接至1Hz方波脉冲，观察输出端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。

⑸将⑷中的CP端接至10KHz方波脉冲，用示波器将分别观察并记录加法计数

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数字电子技术实验

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：

① 按设计的电路图接好实际电路，接通电源。

② 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。

③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、实验数据记录

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六、实验总结

1．数码管是否正常，该部分接线是否正确，可用LT端加“0”来检查,也可以通过电源接200 电阻限流后接到显示器各段进行检查。

2. 数码管字符显示模糊，而且不随输入信号变化。可能是译码器的电源电压不正常或连线不正确或接触不良。

3. 用示波器观察CP、Q0～Q3的波形图时，要想正确观察波形的时序关系，应注意触发方式的选择，并可采取两两波形相比较。如CP与Q0；Q0与Q1；Q1与Q2；CP与Q3。

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