7 段顯示器可以組合起來(lái)顯示數(shù)字0 到 9以及一些其他字符，用于計(jì)數(shù)電路或與微控制器交互。借助 Arduino 或 Raspberry Pi 等微控制器以及很少的代碼，現(xiàn)在可以非常簡(jiǎn)單地在多個(gè) LED 顯示屏上顯示字母和數(shù)字。然而，作為電子學(xué)的學(xué)生或愛好者，我們可能希望顯示兩個(gè)或多個(gè)數(shù)字或數(shù)字作為數(shù)字邏輯電路或項(xiàng)目的一部分。7 段顯示器本質(zhì)上是由連接在單個(gè)指示器組件內(nèi)的大量發(fā)光二極管組成，提供了顯示從 0 到 9 的數(shù)字信息的實(shí)用方法。電流用于照亮每個(gè)發(fā)光二極管（也稱為段）。通過(guò)照亮不同的段組合，我們可以通過(guò)將某些段“打開”并發(fā)光同時(shí)將其他段“關(guān)閉”來(lái)顯示特定的字母或數(shù)字。LED 與普通二極管類似，因?yàn)樗鼈冎辉试S電流沿一個(gè)方向流動(dòng)。兩者之間的區(qū)別在于，當(dāng)電流流過(guò) LED 時(shí)，光從 PN 結(jié)釋放。當(dāng) LED 的陽(yáng)極 (A) 端子比其陰極 (K) 端子的正極電壓高約 2 伏時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種電致發(fā)光過(guò)程。通常，與 LED 串聯(lián)的電阻用于調(diào)節(jié)照亮 LED 結(jié)點(diǎn)所需的電源電流，范圍約為6mA 至 20mA。因此，我們可以通過(guò)正向偏置任何一個(gè)顯示屏 LED 段，使陽(yáng)極端子朝向電源（正極），并創(chuàng)建一系列隨機(jī)點(diǎn)亮的段或從 0 到 9 的十進(jìn)制數(shù)作為我們項(xiàng)目的視覺輸出。陰極端子朝向地面（負(fù)極）。　　7段顯示器

　　圖 1：7 段顯示器
　　顧名思義，7 段顯示器有七個(gè)段，由七個(gè)發(fā)光二極管或 LED 組成，組合起來(lái)在屏幕上形成一個(gè)完整的數(shù)字。由于第八個(gè) LED 用于表示小數(shù)點(diǎn)，通常位于顯示屏的下角之一，因此大多數(shù)七段顯示屏都有八個(gè)內(nèi)部 LED。這是否意味著每個(gè) 7 段顯示器將有 14 個(gè)連接引腳或端子，如果它包含七個(gè) LED（現(xiàn)在忘記小數(shù)點(diǎn)），每個(gè)段一個(gè)，并且每個(gè) LED 有兩個(gè)端子，一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)陰極？然而，答案是否定的。每個(gè)內(nèi)部 LED 的一個(gè)端子都鏈接到公共點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)，但可以根據(jù)需要點(diǎn)亮各個(gè) LED 段。因此，我們只有 8 個(gè) (7 + 1) 連接引腳，而不是 14 個(gè)；七個(gè)不同的 LED 中的每一個(gè)都有一個(gè)，還有一個(gè)公共引腳，該引腳是指示 7 段顯示器的類型和名稱的“公共引腳”。當(dāng)顯示器中使用的每個(gè) LED 的陰極端子短接在一起時(shí)，該顯示器稱為共陰極(CC) 顯示器。類似地，當(dāng)顯示器中使用的 LED 的所有陽(yáng)極端子都短接在一起時(shí)，該顯示器稱為共陽(yáng)極(CA) 顯示器。 7 段顯示器有兩種類型：共陰極 (CC) 和共陽(yáng)極 (CA)。　　共陰極 (CC) 配置

　　圖 2：共陰極配置
　　共陰極 (CC) 顯示器 – LED 段的所有陰極 (K) 連接都連接在一起，并連接到共陰極 (CC) 顯示器中的接地或零伏。通過(guò)用適當(dāng)?shù)碾娏髡蚱酶鱾€(gè)陽(yáng)極端子（a至g），各個(gè)段被點(diǎn)亮。為了使共陰極顯示器發(fā)揮作用，需要能夠提供電流的驅(qū)動(dòng)電路。　　共陽(yáng)極 (CA) 配置

　　圖 3：共陽(yáng)極配置
　　共陽(yáng)極 (CA) 顯示器 – 所有 LED 段的陽(yáng)極 (A) 連接都連接到 CA 顯示器中的正電壓源。將接地或“低”信號(hào)施加到特定段的陰極端子（a 至 g）會(huì)照亮每個(gè)段。因此，共陽(yáng)極顯示器需要一種能夠吸收電流的驅(qū)動(dòng)電路。多個(gè) 7 段 LED 顯示屏可以通過(guò)多種方式連接到電路，每種方式都有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。由于有七個(gè)段（加上小數(shù)點(diǎn)），并且每個(gè)段需要大約 6 到 20 毫安 (mA) 的電流才能將其點(diǎn)亮到正常亮度，因此每個(gè)顯示器通常由專門的解碼器/驅(qū)動(dòng)器電路直接驅(qū)動(dòng)。根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的類型（二進(jìn)制、BCD 或十六進(jìn)制）和所需的輸出代碼（指示解碼輸出線的數(shù)量），可以使用多種數(shù)字解碼器。 IC 解碼器芯片本質(zhì)上是將一種類型的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為另一種類型的輸入數(shù)據(jù)。 3至8行、4至16行等是一些示例。在我們的情況下，需要一個(gè)“BCD 至七段解碼器”（一種可以將二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為一組輸出信號(hào)的解碼器芯片）來(lái)操作七段顯示器。下面列出的 IC 解碼器芯片可以使用一組稱為二進(jìn)制編碼十進(jìn)制（Binary Coded Decimal，簡(jiǎn)稱 BCD）的 4 位二進(jìn)制數(shù)字來(lái)表示從 0 到 9 的 10 個(gè)十進(jìn)制數(shù)字。最廣泛使用的可為共陽(yáng)極 (CA) 顯示器供電的 7 段解碼器集成電路 (IC) 是 TTL 74LS47。七個(gè) LED 段中的每一個(gè)都可以由 TTL 74LS47 的七個(gè)獨(dú)立的有效“低”輸出和 4 位 BCD 輸入驅(qū)動(dòng)。LED 段由有效的“低”輸出照亮，這導(dǎo)致輸出引腳翻轉(zhuǎn)至接地 (0V)； LED 段由有效的“高”輸出關(guān)閉。雖然任何共陽(yáng)極顯示器都可以工作（并且有很多可供選擇），但 HDSP 系列顯示器是一個(gè)不錯(cuò)的起點(diǎn)。四個(gè)開關(guān)用于將 4 位二進(jìn)制數(shù)應(yīng)用到 74LS47 解碼器的 BCD 輸入 A、B、C 和 D。這會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào) a、b、c、d、e、f 和 g，它們是然后用于驅(qū)動(dòng) 7 段顯示器以創(chuàng)建從 0 到 9 的必要數(shù)字，如圖所示。　　74LS47解碼器

　　圖 4：74LS74 解碼器　　需要七個(gè)電阻器來(lái)限制 74LS47 解碼器/驅(qū)動(dòng)器和共陽(yáng)極顯示器之間的電流（如果添加小數(shù)點(diǎn)則為八個(gè)電阻器）。必須仔細(xì)調(diào)節(jié)流經(jīng)顯示屏每個(gè) LED 段的電流，以便每個(gè)段都能正確點(diǎn)亮。如圖所示，使用與七個(gè) LED 段中的每一個(gè)串聯(lián)的限流電阻器是限制流過(guò)顯示部分的電流的最有效方法。如果沒有串聯(lián)電阻，則會(huì)流過(guò)最大電流，LED 在損壞之前會(huì)短暫變得非常亮。對(duì)于正常亮度，典型的7 段 LED 顯示屏在 LED 二極管結(jié)上的壓降約為 1.8 伏，每個(gè) LED 段的額定運(yùn)行電流為 6 mA 至 20 mA。可以確定為每個(gè)LED部分提供必要的電流所需的限流電阻器值。

　　圖 5：LED 部分
　　希望我們現(xiàn)在知道七段顯示器是單個(gè)矩形封裝中獨(dú)立 LED 的集合，并且每個(gè)段的直流正向電流必須受到串聯(lián)電阻的限制。每個(gè) LED 段的陽(yáng)極都耦合到共陽(yáng)極顯示器中的5 伏電源 (V S )。如果發(fā)光時(shí) LED 結(jié)點(diǎn)上的正向壓降約為 1.8 伏，則串聯(lián)電阻兩端的電壓也必須相同：V S – V LED = 5 – 1.8 = 3.2 伏。因此，利用歐姆定律可以很容易地確定單段串聯(lián)限流電阻在照亮它所需的電流下所需的電阻值。因此，對(duì)于每個(gè)給定的應(yīng)用和所需的 LED 強(qiáng)度，我們可以確定將 LED 電流保持在6mA–20 mA范圍內(nèi)所需的電阻范圍，如下所示：　　7段顯示電阻值

　　因此，對(duì)于 6mA 電流，我們需要串聯(lián)一個(gè) 533Ω 或 560Ω 的限流電阻以達(dá)到最接近的期望值，并需要一個(gè) 160Ω 的電阻將電流限制為 20mA。實(shí)際上，使用 220Ω 到 360Ω 之間任何合適的標(biāo)準(zhǔn)推薦電阻值，7 段顯示器可以由 5 伏電源照亮；這完全取決于您手頭的電阻值。相同的計(jì)算和電阻值也適用于共陰極 LED 顯示屏，盡管我們?cè)诖耸褂霉碴?yáng)極 LED 顯示屏作為示例。常用的雙列直插式封裝 (DIP) 電阻網(wǎng)絡(luò)通過(guò)將所有七個(gè)（或八個(gè)）電阻器包含在單個(gè) DIP 封裝中，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)器 IC 和顯示器之間的接線過(guò)程。應(yīng)該注意的是，雖然本例中使用 TTL 74LS47 BCD 至 7 段解碼器/驅(qū)動(dòng)器 IC 通過(guò)其低電平有效（電流吸收）輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極顯示器，但 TTL 74LS48 BCD 至 7 段解碼器/驅(qū)動(dòng)器 IC IC 是相同的，但它是用來(lái)驅(qū)動(dòng)共陰極顯示器的，因?yàn)樗a(chǎn)生有效的高電平（電流源）輸出。因此，您所擁有的 7 段 LED 顯示屏的類型將決定您是否需要 74LS47 IC 來(lái)驅(qū)動(dòng)（例如 LT542 CA 顯示屏），或者需要 74LS48 IC 來(lái)驅(qū)動(dòng) LT543 CC 顯示屏（與之對(duì)應(yīng)）。
　　在 7 段顯示器上顯示數(shù)字　　74LS47 包括每個(gè)七段顯示段的輸出和 BCD (8-4-2-1) 數(shù)字 A、B、C 和 D 的四個(gè)輸入。當(dāng)使用四個(gè)開關(guān) SA、SB、SC 和 SD 時(shí)，將產(chǎn)生所需的輸入序列，激活顯示相關(guān)數(shù)字的相關(guān) LED 段。 +5V 電源（高電平）連接到 74LS47 的 LT（燈測(cè)試）、BI/RBO（消隱輸入/紋波消隱輸出）和 RBI（紋波消隱輸入）以實(shí)現(xiàn)正常功能。結(jié)果，顯示以下數(shù)字：

　　圖 6：7 段顯示數(shù)字　　同時(shí)操作所有四個(gè) SPST 開關(guān)可能有點(diǎn)煩人，即使這樣做會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)匹配的數(shù)字或隨機(jī)字符。因此，如果我們有一個(gè)單獨(dú)的集成電路（IC）芯片——74LS90 BCD計(jì)數(shù)器——它可以產(chǎn)生4行二進(jìn)制數(shù)據(jù)而不需要四個(gè)開關(guān)，那就更好了。為了生成 BCD 輸出代碼，74LS90 集成電路可以設(shè)置為 MOD-10 十進(jìn)制（除以 10）計(jì)數(shù)器。它從 0000 計(jì)數(shù)到 1001，然后重置為 0000。如圖所示，這種異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/除法器集成電路允許我們使用單個(gè)開關(guān)增加七段顯示器上的數(shù)字。

　　一位 7 段顯示計(jì)數(shù)器
　　圖 7：?jiǎn)挝粩?shù) 7 段顯示計(jì)數(shù)器
　　只需按一個(gè)按鈕開關(guān) SW 1 10 次，我們現(xiàn)在就可以將顯示屏上的數(shù)字從 0 增加到 9。通過(guò)調(diào)整按鈕的位置，釋放或激活按鈕 SW 1時(shí)，可以更改計(jì)數(shù)。和1kΩ電阻。我們簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)演示了如何使用 74LS90 BCD 計(jì)數(shù)器和 74LS47 7 段顯示驅(qū)動(dòng)器來(lái)創(chuàng)建 0 到 9 數(shù)字計(jì)數(shù)器。但是，可以將第二個(gè)計(jì)數(shù)器級(jí)添加到該單位數(shù) 0-9 計(jì)數(shù)器中，以創(chuàng)建兩位數(shù) 00-99 計(jì)數(shù)器。　　兩位數(shù) 7 段顯示計(jì)數(shù)器

　　圖 8：2 位 7 段顯示計(jì)數(shù)器　　那么，這個(gè)七段兩位數(shù)顯示計(jì)數(shù)器是如何工作的呢？除了按下按鈕SW 1導(dǎo)致“個(gè)”（也稱為“單位”）LED 顯示增加之外，數(shù)字計(jì)數(shù)器電路的前半部分的功能與以前相同。隨著 SW 1的每次閉合（后沿），第一個(gè) 74LS90 BCD 計(jì)數(shù)器 U1 將從 0 向上計(jì)數(shù)到 9（0000 到 1001）。 U1 的引腳 11（對(duì)應(yīng)于輸出“D”）在顯示屏上的計(jì)數(shù)序列達(dá)到“8”（1000）時(shí)變?yōu)椤案摺薄Ｋ３指唠娖剑钡?U1 在第十次計(jì)數(shù)時(shí)將自身重置回零，此時(shí) U1 的引腳 11 再次變?yōu)椤暗碗娖健薄1 引腳 11（輸出 D）的每次連續(xù)高/低切換操作都會(huì)增加第二個(gè) LED 顯示的十位數(shù)字，因?yàn)樗溄拥降诙€(gè) 74LS90 BCD 計(jì)數(shù)器 U3 的時(shí)鐘 A (CLK A ) 輸入引腳 14。因此，當(dāng)兩個(gè) LED 屏幕彼此相鄰時(shí)，它們會(huì)從 00 向上計(jì)數(shù)到 99，然后再返回到 00 進(jìn)行后續(xù)計(jì)數(shù)。這種基本數(shù)字計(jì)數(shù)電路在學(xué)校項(xiàng)目中有多種用途。例如，我們可以使用傳感器來(lái)計(jì)算移動(dòng)物體、人員、汽車等的數(shù)量，以代替手動(dòng)控制的按鈕開關(guān) SW1。例如，SW1可以用作基本的2位定時(shí)器或帶或不帶小數(shù)點(diǎn)的響應(yīng)定時(shí)器電路，或者可以用555定時(shí)器或非穩(wěn)態(tài)振蕩器電路代替來(lái)對(duì)一系列脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。雖然 74LS90 十進(jìn)制（十分頻）計(jì)數(shù)器和前面提到的 2 位計(jì)數(shù)器電路可以很好地配合使用，但我們需要其中兩個(gè)，U1 和 U3。 TTL 74LS390 及其 CMOS 對(duì)應(yīng)產(chǎn)品 74HC390 比購(gòu)買兩個(gè) 74LS90 更便宜，因?yàn)樗鼈儗蓚€(gè) 74LS90 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組合到一個(gè)集成電路封裝中。與單個(gè) 74LS90 類似，TTL 74LS390 4 位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器具有兩個(gè)內(nèi)部二分頻和五分頻計(jì)數(shù)器，可以將其設(shè)置為“2、5 或 10”的倍數(shù)， BCD 輸出。因此，可以使用一個(gè) 74LS390 IC（該 IC 的每一半驅(qū)動(dòng)一個(gè) LED 顯示器）來(lái)代替先前電路中的兩個(gè) 74LS90 IC U1 和 U3。改進(jìn)的兩位數(shù)計(jì)數(shù)器

　　圖 9：改進(jìn)的兩位數(shù)顯示計(jì)數(shù)器
　　設(shè)計(jì)中使用一個(gè) 74LS390 BCD 計(jì)數(shù)器和兩個(gè) 74LS47 7 段顯示驅(qū)動(dòng)器來(lái)演示基本的 00 到 99 數(shù)字計(jì)數(shù)器。我們需要將更多計(jì)數(shù)器電路級(jí)聯(lián)在一起才能計(jì)數(shù)到 99 以上。在十進(jìn)制中，4 位 BCD 計(jì)數(shù)器會(huì)在重置為 0000 之前從 0000 計(jì)數(shù)到 9999。同樣，如果我們希望從 0 計(jì)數(shù)到 999999，則需要三個(gè)級(jí)聯(lián)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。如所示，確實(shí)可以創(chuàng)建多個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器通過(guò)簡(jiǎn)單地將單獨(dú)的 BCD 計(jì)數(shù)器電路級(jí)聯(lián)在一起，每個(gè)十進(jìn)制一個(gè)。　　級(jí)聯(lián)計(jì)數(shù)器

　　圖 10：級(jí)聯(lián)計(jì)數(shù)器
　　正如本課程中關(guān)于 7 段顯示計(jì)數(shù)器的演示，傳統(tǒng)的組合邏輯電路 (IC) 可用于構(gòu)建 LED 顯示解碼器電路，并且市場(chǎng)上有多種專用 IC 可以執(zhí)行此任務(wù)。除 CMOS 對(duì)應(yīng)產(chǎn)品外，還有顯示解碼器集成電路 (IC)，例如用于驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極 (CA) 顯示器的 74LS47 七段解碼器/驅(qū)動(dòng)器 IC 和用于驅(qū)動(dòng)共陰極 (CC) 的 74LS48 七段解碼器/驅(qū)動(dòng)器 IC顯示器被廣泛使用。為了生成 BCD 輸出代碼，74LS90 異步計(jì)數(shù)器 IC 可以設(shè)置為 MOD-10 十進(jìn)制（除以 10）計(jì)數(shù)器。它將從 0000 計(jì)數(shù)到 1001，然后重置為 0000 以開始循環(huán)。74LS90 BCD 計(jì)數(shù)器是一種用途極其廣泛的計(jì)數(shù)電路，可配置為將任何整數(shù)計(jì)數(shù)從 0 到 9 分頻以用于單個(gè)顯示或用作分頻器。我們可以通過(guò)將兩個(gè) 74LS90 計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)在一起來(lái)創(chuàng)建一個(gè)兩位數(shù)計(jì)數(shù)器，但更好的是，我們可以利用雙十進(jìn)制/驅(qū)動(dòng)器 IC 74LS390，使用多個(gè) 7 段 LED 顯示屏創(chuàng)建無(wú)限數(shù)量的計(jì)數(shù)器級(jí)。