7 段顯示器可以組合起來顯示數(shù)字0 到 9以及一些其他字符，用于計數(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)在可以非常簡單地在多個 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或多個數(shù)字或數(shù)字作為數(shù)字邏輯電路或項目的一部分。7 段顯示器本質(zhì)上是由連接在單個指示器組件內(nèi)的大量發(fā)光二極管組成，提供了顯示從 0 到 9 的數(shù)字信息的實用方法。電流用于照亮每個發(fā)光二極管（也稱為段）。通過照亮不同的段組合，我們可以通過將某些段“打開”并發(fā)光同時將其他段“關(guān)閉”來顯示特定的字母或數(shù)字。LED 與普通二極管類似，因為它們只允許電流沿一個方向流動。兩者之間的區(qū)別在于，當(dāng)電流流過 LED 時，光從 PN 結(jié)釋放。當(dāng) LED 的陽極 (A) 端子比其陰極 (K) 端子的正極電壓高約 2 伏時，就會發(fā)生這種電致發(fā)光過程。通常，與 LED 串聯(lián)的電阻用于調(diào)節(jié)照亮 LED 結(jié)點所需的電源電流，范圍約為6mA 至 20mA。因此，我們可以通過正向偏置任何一個顯示屏 LED 段，使陽極端子朝向電源（正極），并創(chuàng)建一系列隨機點亮的段或從 0 到 9 的十進制數(shù)作為我們項目的視覺輸出。陰極端子朝向地面（負(fù)極）?！　?段顯示器

　　圖 1：7 段顯示器
　　顧名思義，7 段顯示器有七個段，由七個發(fā)光二極管或 LED 組成，組合起來在屏幕上形成一個完整的數(shù)字。由于第八個 LED 用于表示小數(shù)點，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內(nèi)部 LED。這是否意味著每個 7 段顯示器將有 14 個連接引腳或端子，如果它包含七個 LED（現(xiàn)在忘記小數(shù)點），每個段一個，并且每個 LED 有兩個端子，一個陽極和一個陰極？然而，答案是否定的。每個內(nèi)部 LED 的一個端子都鏈接到公共點或節(jié)點，但可以根據(jù)需要點亮各個 LED 段。因此，我們只有 8 個 (7 + 1) 連接引腳，而不是 14 個；七個不同的 LED 中的每一個都有一個，還有一個公共引腳，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 LED 的陰極端子短接在一起時，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 的所有陽極端子都短接在一起時，該顯示器稱為共陽極(CA) 顯示器。 7 段顯示器有兩種類型：共陰極 (CC) 和共陽極 (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。通過用適當(dāng)?shù)碾娏髡蚱酶鱾€陽極端子（a至g），各個段被點亮。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)動電路?！　」碴枠O (CA) 配置

　　圖 3：共陽極配置
　　共陽極 (CA) 顯示器 – 所有 LED 段的陽極 (A) 連接都連接到 CA 顯示器中的正電壓源。將接地或“低”信號施加到特定段的陰極端子（a 至 g）會照亮每個段。因此，共陽極顯示器需要一種能夠吸收電流的驅(qū)動電路。多個 7 段 LED 顯示屏可以通過多種方式連接到電路，每種方式都有獨特的優(yōu)點。由于有七個段（加上小數(shù)點），并且每個段需要大約 6 到 20 毫安 (mA) 的電流才能將其點亮到正常亮度，因此每個顯示器通常由專門的解碼器/驅(qū)動器電路直接驅(qū)動。根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的類型（二進制、BCD 或十六進制）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“BCD 至七段解碼器”（一種可以將二進制代碼轉(zhuǎn)換為一組輸出信號的解碼器芯片）來操作七段顯示器。下面列出的 IC 解碼器芯片可以使用一組稱為二進制編碼十進制（Binary Coded Decimal，簡稱 BCD）的 4 位二進制數(shù)字來表示從 0 到 9 的 10 個十進制數(shù)字。最廣泛使用的可為共陽極 (CA) 顯示器供電的 7 段解碼器集成電路 (IC) 是 TTL 74LS47。七個 LED 段中的每一個都可以由 TTL 74LS47 的七個獨立的有效“低”輸出和 4 位 BCD 輸入驅(qū)動。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 系列顯示器是一個不錯的起點。四個開關(guān)用于將 4 位二進制數(shù)應(yīng)用到 74LS47 解碼器的 BCD 輸入 A、B、C 和 D。這會產(chǎn)生輸出信號 a、b、c、d、e、f 和 g，它們是然后用于驅(qū)動 7 段顯示器以創(chuàng)建從 0 到 9 的必要數(shù)字，如圖所示?！　?4LS47解碼器

　　圖 4：74LS74 解碼器　　需要七個電阻器來限制 74LS47 解碼器/驅(qū)動器和共陽極顯示器之間的電流（如果添加小數(shù)點則為八個電阻器）。必須仔細(xì)調(diào)節(jié)流經(jīng)顯示屏每個 LED 段的電流，以便每個段都能正確點亮。如圖所示，使用與七個 LED 段中的每一個串聯(lián)的限流電阻器是限制流過顯示部分的電流的最有效方法。如果沒有串聯(lián)電阻，則會流過最大電流，LED 在損壞之前會短暫變得非常亮。對于正常亮度，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 LED 段的額定運行電流為 6 mA 至 20 mA?？梢源_定為每個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矩形封裝中獨立 LED 的集合，并且每個段的直流正向電流必須受到串聯(lián)電阻的限制。每個 LED 段的陽極都耦合到共陽極顯示器中的5 伏電源 (V S )。如果發(fā)光時 LED 結(jié)點上的正向壓降約為 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，對于每個給定的應(yīng)用和所需的 LED 強度，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，對于 6mA 電流，我們需要串聯(lián)一個 533Ω 或 560Ω 的限流電阻以達到最接近的期望值，并需要一個 160Ω 的電阻將電流限制為 20mA。實際上，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。相同的計算和電阻值也適用于共陰極 LED 顯示屏，盡管我們在此使用共陽極 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)通過將所有七個（或八個）電阻器包含在單個 DIP 封裝中，簡化了驅(qū)動器 IC 和顯示器之間的接線過程。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)動器 IC 通過其低電平有效（電流吸收）輸出來驅(qū)動共陽極顯示器，但 TTL 74LS48 BCD 至 7 段解碼器/驅(qū)動器 IC IC 是相同的，但它是用來驅(qū)動共陰極顯示器的，因為它產(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 來驅(qū)動（例如 LT542 CA 顯示屏），或者需要 74LS48 IC 來驅(qū)動 LT543 CC 顯示屏（與之對應(yīng)）。
　　在 7 段顯示器上顯示數(shù)字　　74LS47 包括每個七段顯示段的輸出和 BCD (8-4-2-1) 數(shù)字 A、B、C 和 D 的四個輸入。當(dāng)使用四個開關(guān) SA、SB、SC 和 SD 時，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（燈測試）、BI/RBO（消隱輸入/紋波消隱輸出）和 RBI（紋波消隱輸入）以實現(xiàn)正常功能。結(jié)果，顯示以下數(shù)字：

　　圖 6：7 段顯示數(shù)字　　同時操作所有四個 SPST 開關(guān)可能有點煩人，即使這樣做會導(dǎo)致出現(xiàn)匹配的數(shù)字或隨機字符。因此，如果我們有一個單獨的集成電路（IC）芯片——74LS90 BCD計數(shù)器——它可以產(chǎn)生4行二進制數(shù)據(jù)而不需要四個開關(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 十進制（除以 10）計數(shù)器。它從 0000 計數(shù)到 1001，然后重置為 0000。如圖所示，這種異步十進制計數(shù)器/除法器集成電路允許我們使用單個開關(guān)增加七段顯示器上的數(shù)字。

　　一位 7 段顯示計數(shù)器
　　圖 7：單位數(shù) 7 段顯示計數(shù)器
　　只需按一個按鈕開關(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。通過調(diào)整按鈕的位置，釋放或激活按鈕 SW 1時，可以更改計數(shù)。和1kΩ電阻。我們簡單的設(shè)計演示了如何使用 74LS90 BCD 計數(shù)器和 74LS47 7 段顯示驅(qū)動器來創(chuàng)建 0 到 9 數(shù)字計數(shù)器。但是，可以將第二個計數(shù)器級添加到該單位數(shù) 0-9 計數(shù)器中，以創(chuàng)建兩位數(shù) 00-99 計數(shù)器?！　晌粩?shù) 7 段顯示計數(shù)器

　　圖 8：2 位 7 段顯示計數(shù)器　　那么，這個七段兩位數(shù)顯示計數(shù)器是如何工作的呢？除了按下按鈕SW 1導(dǎo)致“個”（也稱為“單位”）LED 顯示增加之外，數(shù)字計數(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 74LS90 BCD 計數(shù)器 U1 將從 0 向上計數(shù)到 9（0000 到 1001）。 U1 的引腳 11（對應(yīng)于輸出“D”）在顯示屏上的計數(shù)序列達到“8”（1000）時變?yōu)椤案摺薄Ｋ３指唠娖?，直?U1 在第十次計數(shù)時將自身重置回零，此時 U1 的引腳 11 再次變?yōu)椤暗碗娖健?。U1 引腳 11（輸出 D）的每次連續(xù)高/低切換操作都會增加第二個 LED 顯示的十位數(shù)字，因為它鏈接到第二個 74LS90 BCD 計數(shù)器 U3 的時鐘 A (CLK A ) 輸入引腳 14。因此，當(dāng)兩個 LED 屏幕彼此相鄰時，它們會從 00 向上計數(shù)到 99，然后再返回到 00 進行后續(xù)計數(shù)。這種基本數(shù)字計數(shù)電路在學(xué)校項目中有多種用途。例如，我們可以使用傳感器來計算移動物體、人員、汽車等的數(shù)量，以代替手動控制的按鈕開關(guān) SW1。例如，SW1可以用作基本的2位定時器或帶或不帶小數(shù)點的響應(yīng)定時器電路，或者可以用555定時器或非穩(wěn)態(tài)振蕩器電路代替來對一系列脈沖進行計數(shù)。雖然 74LS90 十進制（十分頻）計數(shù)器和前面提到的 2 位計數(shù)器電路可以很好地配合使用，但我們需要其中兩個，U1 和 U3。 TTL 74LS390 及其 CMOS 對應(yīng)產(chǎn)品 74HC390 比購買兩個 74LS90 更便宜，因為它們將兩個 74LS90 十進制計數(shù)器組合到一個集成電路封裝中。與單個 74LS90 類似，TTL 74LS390 4 位十進制計數(shù)器具有兩個內(nèi)部二分頻和五分頻計數(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 74LS390 IC（該 IC 的每一半驅(qū)動一個 LED 顯示器）來代替先前電路中的兩個 74LS90 IC U1 和 U3。改進的兩位數(shù)計數(shù)器

　　圖 9：改進的兩位數(shù)顯示計數(shù)器
　　設(shè)計中使用一個 74LS390 BCD 計數(shù)器和兩個 74LS47 7 段顯示驅(qū)動器來演示基本的 00 到 99 數(shù)字計數(shù)器。我們需要將更多計數(shù)器電路級聯(lián)在一起才能計數(shù)到 99 以上。在十進制中，4 位 BCD 計數(shù)器會在重置為 0000 之前從 0000 計數(shù)到 9999。同樣，如果我們希望從 0 計數(shù)到 999999，則需要三個級聯(lián)的十進制計數(shù)器。如所示，確實可以創(chuàng)建多個十進制計數(shù)器通過簡單地將單獨的 BCD 計數(shù)器電路級聯(lián)在一起，每個十進制一個。　　級聯(lián)計數(shù)器

　　圖 10：級聯(lián)計數(shù)器
　　正如本課程中關(guān)于 7 段顯示計數(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，并且市場上有多種專用 IC 可以執(zhí)行此任務(wù)。除 CMOS 對應(yīng)產(chǎn)品外，還有顯示解碼器集成電路 (IC)，例如用于驅(qū)動共陽極 (CA) 顯示器的 74LS47 七段解碼器/驅(qū)動器 IC 和用于驅(qū)動共陰極 (CC) 的 74LS48 七段解碼器/驅(qū)動器 IC顯示器被廣泛使用。為了生成 BCD 輸出代碼，74LS90 異步計數(shù)器 IC 可以設(shè)置為 MOD-10 十進制（除以 10）計數(shù)器。它將從 0000 計數(shù)到 1001，然后重置為 0000 以開始循環(huán)。74LS90 BCD 計數(shù)器是一種用途極其廣泛的計數(shù)電路，可配置為將任何整數(shù)計數(shù)從 0 到 9 分頻以用于單個顯示或用作分頻器。我們可以通過將兩個 74LS90 計數(shù)器級聯(lián)在一起來創(chuàng)建一個兩位數(shù)計數(shù)器，但更好的是，我們可以利用雙十進制/驅(qū)動器 IC 74LS390，使用多個 7 段 LED 顯示屏創(chuàng)建無限數(shù)量的計數(shù)器級。