BCD七段显示译码器

实验六BCD对七段显示器译码器一、目的:1.能了解BCD对七段显示器译码器电路的设计原理。

2.能利用AHDL语言设计一个BCD对七段显示器译码器电路。

3.能自行以CPLD数位发展实验系统验证所设计电路的正确性。

二、电路图：三、实验器配置图:四、实验步骤与画面：1．建立一个名为BCD_Dec7.v的新文件，并在quaruts Ⅱ文字编辑器中,以VerilogHDL语言来设计程式，图U6-1为算术逻辑运算单元的VerilogHDL程式。

其中in为输入端口，out为输出端口。

2.存储、检查及编译。

3．创建元件符号。

4.创建波形文件，设定合适的端口信号，仿真元件的波形。

观察波形图可以看出当s端口选择不同功能时，芯片会对A、B数据进行相应的操作。

5.请依照下表改变i[3..0]之值，观察并记录其输出的字型。

五、相关说明：1.BCD对七段显示器解码器的程式主要是以TABLE叙述来完成，我们只要将输出入关系以列表方式列出後，编译器就会自动将其编译化简成逻辑运算闸结构。

2.程式中用"％"符号字元括起来的为注解用文字。

编译器并不会处理。

3.对于一个微电脑记忆体位址分配解码控制以及周边之解码控制电路而言,若一一将每个输入变数所对应的解码输出列表出来的话。

简直是一件不可能的事,此时只有采用"X"don't care方式来表示，才能完成此不可能的任务,请参考图U7-3的程式范例。

上面的例子是表示：ROM的记忆体位址是在0000H—3FFFFH范围，而RAM的位址是在8000H—9FFFH范围。

4.对于一些没有列表出来的输入状态而言，其对应输出该如何解决呢?AHDL有个DEFAULTS叙述可以帮我们解决这个问题。

例如图U7-4的程式中，对于没有成立的输入状态，其对应输出的ascii_code 值都为“00111111”。

图U7-45.使用DEFAULTS…END DEFAULTS叙述时要注意下列几件事情：(1)Logic区段中只能有一个DEFAULTS叙述，而且其位置必须是在BE-GIN关键字后的第一个。

已知8421bcd可用7段译码器,驱动日字led管,显示出十进制数字。

指出下列变换真值表为了解决这个问题，我们首先需要了解7段译码器是如何工作的。

7段译码器是一种集成电路，它可以将一个4位二进制数解码为7个输出信号，这些信号可以驱动7段LED显示器以显示数字。

通常，对于一个4位二进制数，其范围是0000到1001，对应于十进制中的0到9。

对于每一个十进制数字，7段译码器都会产生一个特定的输出组合来驱动LED的各个段，从而显示该数字。

现在，假设我们有一个8421 BCD（二进制编码十进制）到7段译码器的转换器，其功能是将8421 BCD码转换为7段显示码。

根据8421 BCD编码的定义，它使用4位二进制代码来表示十进制数字。

其中：第1位表示千位（8）第2位表示百位（4）第3位表示十位（2）第4位表示个位（1）例如，数字5的8421 BCD编码是0101。

基于这个编码规则，我们可以得出以下变换真值表：输入（8421 BCD）输出（7段显示码）显示数字0000 0x3F (点亮第1-7段) 00001 0x06 (点亮第2-4-6段) 10010 0x5B (点亮第段) 20011 0x4F (点亮第段) 30100 0x66 (点亮第段) 40101 0x6D (点亮第段) 50110 0x7D (点亮第段) 60111 0x07 (点亮第段) 71000 0x7F (点亮第段) 81001 0x6F (点亮第段) 9注意：这里的“点亮”是指对应的LED段应当亮起。

例如，数字3的7段显示码是0x4F，意味着第1、3、6、7段应该亮起。

BCD-7段译码器一、电路图a=A0A1'A2'A3'+A0'A1'A2A3'=A1'A3'(A0异或A2) （其中撇号’表示“非”）b=A3'A2A1'A0+A3'A2A1A0'=A3'A2(A1异或A0)c=A3'A2'A1A0'd=A3'A2'A1'A0+A3'A2A1A0+A3'A2A1'A0'e=(A2+A1+A0)(A1'+A0)f=A3'A2'A1'A0+A3'A2A1A0+A3'A2'A1g=A3'A2'A1'+A3'A2A1A0二、实验结果a)仿真结果{A3,A2,A1,A0}取遍0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000，1001，结果均符合要求。

b)在实际FPGA中实验结果：符合要求。

三、结果分析a)输入值范围在0000-1001之间时，可以实现BCD码转7段显示码功能。

但在输入值超出范围时将显示乱码。

若不允许乱码出现，可将卡诺图中的不确定性项d全部改为需要的值，以提示输入错误或不显示任何内容。

但这将使电路规模大幅增加。

b)关键路径含3级门。

其中a，b使用了异或门，但异或门的输入均为原变量。

通过异或门的路径最多只需通过2级逻辑门。

若全部改用与门、或门，则必须有反变量输入，使a，b的关键路径仍然含有3级门，因此不能提升速度，但每个函数必需的带宽都将从4增加为8。

如果与门、或门过剩，异或门不足，且带宽不是制造过程中的制约因素，则更适宜使用与门、或门。

由以上可知，使用异或门可以避免反变量输入，节约1级非门的相应时间，节约带宽。

d函数在卡诺图的分布导致其无法很好化简，因此将占用较多带宽。

示译码器CD4511CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。

可直接驱动LED显示器。

用CD4511实现LED与接口方法如下图：其功能介绍如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。

LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。

它主要用来检测数码管是否损坏。

LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。

a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。

CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。

1. CD4511的引脚CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。

其引脚图如3-2所示。

各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示a、b、c、d、e、f、g。

左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。

2. CD4511的工作原理1. CD4511的工作真值表如表3-22. 锁存功能译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。

当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。

如图3-3（3）译码CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数据B、C进行组合，得出、、、四项，然后将输入的数据A、D一起用或非门译码。

7段数码显示译码器设计数码显示译码器是一种可以将二进制代码转换为数码形式输出的电子装置。

它是数字电路中常见且重要的组成部分，用于将二进制数据转换为人们可以直接阅读和理解的数码显示。

本文将介绍一个基于74LS47芯片的7段数码显示译码器的设计。

一、设计目标设计一个能够接受4位二进制代码输入，并将其转换为对应的七段数码形式输出的译码器电路。

二、74LS47芯片介绍74LS47是一种四位BCD-7段数码译码器/驱动器芯片，它能够将4位BCD代码转换为对应的七段数码输出。

该芯片具有以下特点：1.输入：4位BCD代码（A，B，C和D）2.输出：共阳极（共阳）显示器的七个引脚（a，b，c，d，e，f和g）3.功能：将BCD代码转换为七段数码形式输出，用于显示三、电路设计1.将74LS47芯片的引脚连接至7段数码显示器的a，b，c，d，e，f和g引脚。

这些引脚负责控制七段数码的每个段。

2.A，B，C和D引脚接收4位二进制代码输入。

3. 第一个74LS47芯片的Vcc引脚连接到正电源，GND引脚连接到地。

4. 还需将每个74LS47芯片的GA和GB引脚连接在一起，形成一个输入信号的链。

GA和GB引脚连接到Vcc电源端。

5.在接有显示器的七段段引脚（a，b，c，d，e，f，g）和段选择（a-g`）之间插入电阻。

这些电阻可用于限流，避免过高电流对显示器和芯片造成损坏。

6.确保芯片和显示器之间的信号传输有效，没有短路或脱离接地。

四、工作原理1.输入：通过A、B、C和D四个引脚接收4位BCD代码，一共有16个可能的输入组合。

2.输出：将四位BCD代码转换为相应的七段数码输出，用于显示。

例如，输入“0000”将转换为“0”的数码形式。

3.七段显示器共阳极（共阳）：对于共阳极的显示器，七个段引脚（a，b，c，d，e，f和g）的高电平将被激活，且通过公共引脚控制显示的数码部分。

4.区分位和段：每个数码位由七个段组成，通过该段的点亮和熄灭来表示所需显示的数字。

BCD七段数码管显示译码器电路7段数码管又分共阴和共阳两种显示方式。

如果把7段数码管的每一段都等效成发光二极管的正负两个极，那共阴就是把abcdefg这7个发光二极管的负极连接在一起并接地；它们的7个正极接到7段译码驱动电路74LS48的相对应的驱动端上（也是abcdefg）！此时若显示数字1，那么译码驱动电路输出段bc为高电平，其他段扫描输出端为低电平，以此类推。

如果7段数码管是共阳显示电路，那就需要选用74LS47译码驱动集成电路。

共阳就是把abcdefg的7个发光二极管的正极连接在一起并接到5V电源上，其余的7个负极接到74LS47相应的abcdefg输出端上。

无论共阴共阳7段显示电路，都需要加限流电阻，否则通电后就把7段译码管烧坏了！限流电阻的选取是：5V电源电压减去发光二极管的工作电压除上10ma到15ma得数即为限流电阻的值。

发光二极管的工作电压一般在1.8V--2.2V，为计算方便，通常选2V即可！发光二极管的工作电流选取在10-20ma，电流选小了，7段数码管不太亮，选大了工作时间长了发光管易烧坏！对于大功率7段数码管可根据实际情况来选取限流电阻及电阻的瓦数！发光二极管(LED)由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件(半导体显示器)。

分段式显示器(LED数码管)由7条线段围成8型，每一段包含一个发光二极管。

外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光，有红、黄、绿等色。

只要按规律控制各发光段的亮、灭，就可以显示各种字形或符号。

图4 - 17(a)是共阴式LED数码管的原理图，图4-17(b)是其表示符号。

使用时，公共阴极接地，7个阳极a~g由相应的BCD七段译码器来驱动(控制)，如图4 - 17(c)所示。

BCD七段译码器的输入是一位BCD码(以D、C、B、A表示)，输出是数码管各段的驱动信号(以F a~F g表示)，也称4—7译码器。

CD4511是一个用于驱动共阴极LED （数码管）显示器的BCD 码—七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。

可直接驱动LED显示器。

CD4511 是一片CMOS BCD—锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图2 所示。

其中a b c d 为BCD 码输入，a为最低位。

LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。

BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。

另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。

LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。

a～g是7 段输出，可驱动共阴LED数码管。

另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观图3是CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511 和LED 数码管即可。

所谓共阴LED 数码管是指7 段LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。

限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300Ω的限流电阻。

用CD4511实现LED与单片机的并行接口方法如下图：（略）CD4511 引脚图其功能介绍如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。

LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。

它主要用来检测数码管是否损坏。

LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。