數碼管顯示電路的設計及制作

數碼管是單片機的常用輸出設備，其接法靈活，硬件接線較繁瑣。為方便自己做實驗，筆者利用手頭的元器件制作了一塊多功能數碼管顯示實驗板。這塊實驗板由八位共陽數碼管實驗模塊和四位共陰數碼管實驗模塊組成。

本實驗板電路分成兩部分，第一部分是基本顯示部分（圖1），第二部分是譯碼器部分（圖2）。兩部分通過撥碼開關連接，可根據需要設置是否使用譯碼器芯片。

基本顯示部分

圖1所示的基本顯示部分電路是用單片機控制數碼管比較常見的電路，多位數碼管的顯示一般采用動態掃描的方式。共陽型數碼管LED1和LED2組成八位共陽數碼管實驗模塊，JP1為字形段碼輸入端（低電平驅動），JP2則為位選信號輸入端（低電平掃描信號有效）；共陰型數碼管LED3組成四位共陰數碼管實驗模塊，同樣利用JP1作為字形段碼輸入端（高電平驅動），JP3為位選信號輸入端（高電平掃描信號有效）。

圖1

譯碼器部分

在使用基本顯示部分做實驗時最多會用到16個I/O口，這樣太占單片機資源了。為了減少數碼管占用單片機I/O口的數量，也考慮到數碼管在實驗中的接法較靈活，該實驗板上還集成了數碼管專用的顯示譯碼器（74LS47）和用于產生位掃描信號的3-8線譯碼器（74LS138），譯碼器部分的電路如圖2所示。

圖2

74LS138是很常用的3-8線譯碼器，圖3是它的邏輯符號和引腳圖，表1是它的真值表。A0~A2為BCD碼輸入引腳，Y0~Y7為掃描碼輸出引腳，G為使能端。如果在A0~A2端依次輸入BCD碼0~7，則Y0~Y7依次輸出低電平。使用了3-8線譯碼器之后，不需要在微控制器中用軟件一位一位產生掃描信號，節省了I/O口資源。

74LS47是將BCD碼轉換成7段LED數碼管顯示相應數字所需字形段碼的譯碼驅動器，圖4是它的邏輯符號。A0~A3是BCD碼輸入端，a~g為驅動數碼管的輸出端，由A端輸入的BCD碼經過芯片轉化為二進制字形段碼送至數碼管以顯示出相應的數字，較為方便。該芯片為低電平驅動，可驅動共陽型數碼管。

JP5為譯碼器芯片的5V電源接口，也為整個實驗板供電。在撥碼開關S1、S2撥到ON端的情況下，兩個譯碼器都連接在電路中，應從JP4接口的高3位輸入掃描信號，低4位輸入顯示數據段碼。8位共陽數碼管實驗模塊只需要7根線即可工作。

圖3

表1 74LS138的真值表

圖4

制作與使用

整個實驗板電路并不復雜但比較繁瑣，制作時一定要細心，特別是一定要熟悉數碼管的管腳排列。筆者用萬用電路板自制的本實驗板如圖5和圖6。JP1~JP5全部使用排針，這幾處排針和兩個撥碼開關的設置使接線靈活、方便。需要使用譯碼器時，不管是使用其中一個還是兩個都使用，只需將對應的譯碼器輸出口的撥碼開關打開，信號從相應的端口插座輸入即可。

使用時需注意三點：

1、由于實驗板中的LED1、LED2與LED3共用一條數據總線，又共陽數碼管和共陰數碼管分別需要低電平驅動和高電平驅動，所以共陽數碼管實驗模塊和共陰數碼管實驗模塊是不能同時使用的，當然，在一個系統或一次實驗中也很少出現既用到共陽型數碼管又用到共陰型數碼管的情況。

2、考慮到在單片機系統中常使用共陽型數碼管，譯碼器電路是針對八位共陽數碼管實驗模塊設計的，與四位共陰數碼管實驗模塊沒有聯系，使用四位共陰數碼管實驗模塊時必須將撥碼開關設置為斷開狀態。

3、顯示譯碼器74LS47不能產生小數點的顯示段碼，如果需要顯示小數點還得靠微控制器的軟件來控制。

圖5

圖6