投稿類別 : 工程技術類 篇名 : 作者 : 黃郁文 國立岡山農工 電子科三年甲班陳慈瑩 國立岡山農工 電子科三年甲班 指導老師 : 孫銘宏老師
壹 前言 日常生活中, 由七段顯示器 (Seven-segment display) 所製成的數字碼隨處可見, 舉凡電子鐘 碼表 計時器 顯示電梯樓層之面板等, 幾乎隨處可見它的蹤跡, 可以說與我們日常息息相關, 或許表面上看來簡單的變化, 但是內部卻由邏輯線路程式所控制著 因此想藉由此次小論文的寫作, 更加深了解七段顯示器內部, 以及 IC 7447 BCD 碼與十進位之轉換, 了解 IC 7490 之上數計數 IC 555 之振盪, 的類別 原理及應用 貳 正文 一 七段顯示器之簡介 七段顯示器 (Seven-segment display) 圖一 為常用顯示數字之電子元件 因為藉由七個發光二極體以不同組合來顯示數字, 所以稱為七段顯示器, 而七劃旁的點為它的 第八劃 一般的七段顯示器擁有八個發光二極體用以顯示十進位 0 至 9 的數字, 也可以顯示英文字母, 包括十六進位中的英文 A 至 F 圖一 七段顯示器之正反面 二 七段顯示器之構造 由於發光二極體只有在順向偏壓的時候才會發光 因此, 七段顯示器依其結構不同的應用 需求, 區分為低電位動作與高電位動作的兩種型態的元件, 另一種比較常見的說法則是 : 共陽極 ( 低電位 ) 與共陰極 ( 高電位 ) 七段顯示器 註一, 如下 圖二 所示 三 七段顯示器顯示之原理 圖二 共陽極 ( 低電位 ) 與共陰極 ( 高電位 ) ( 圖片來源 :http://sun.csim.scu.edu.tw/~lab/ 檢索於 :2010/03/13) 我們習慣用 0 至 9 來表示數字, 這種表示法稱為十進制數系, 它的基數是 10 在數碼電子學中, 只有低電平和高電平兩種狀態, 它們分別代表 0 和 1, 這種表示法稱為二進制數系, 它的基數是 2 二進制數的每一個數位稱為位元 (bit) 輸入 A 至 D 是用來控制顯示在 LED 顯示器上的數字的 輸入按 DCBA 的順序來表示一個 4 位元二進制數 BCD 碼 (Binary-Coded Decimal), 意指二進制編碼十進制 -1-
以 BCD 至七段解碼器的集成電路 (IC), 把二進制輸入 A 至 D 的邏輯狀態轉換成可以驅動七段顯示器的七個輸出訊號 註二 如 圖三 所示 表一 為 BCD 對共陽極七段顯示器解碼真值表 表一 BCD 對共陽極七段顯示器解碼真值表 圖三 七段顯示器接腳與排列方式 ( 圖片來源 :http://content.edu.tw/ 檢索於 :2010/03/11) 四 IC 7447 共陽極七段顯示解碼 將 BCD 碼放在輸入端 D C B A, 當輸入低電壓至 LT, 所有燈發亮 或輸入至 BI, 所有輸出變為 HIGH,LED 全熄滅 圖四 7447 接腳圖 ( 圖片來源 :http://content.edu.tw 檢索於 :2010/03/11) LT: 當其輸入為 0, 則處於燈泡測試狀態, 若七段顯示器為良好則顯示 8 當 LT =1 才可正常解碼 所以我們將 7447 的 LT 腳接 Vcc 註三 RBI: 當 RBI 輸入 0, 則 7447 進入漣波遮沒狀態, 當 ABCD 為 0000 時 A-G 為 1,LED 不亮, 當 ABCD 為 0 0 0 0 時, 則解碼器正常工作 RBI 接 Vcc 使輸入為 1 註六 BI/RBO: 接 0 時為遮沒輸入, 此時 A-G 為 1, 若七段顯示器正常 LED 應全暗 漣波遮沒輸出的功能則必須配合 RBI 接腳為 0, 且 BCD 碼輸入端為 0 時, 此腳由 1 轉為 0 所以 BI/RBO 接 Vcc 使輸入為 1 如 圖四 -2-
五 IC 7490 之介紹 7490 是一只內含除二及除非同步計數器 ( 三位元漣波二進位上數計數器 ) 三位元漣波上數計數器就是可計數 000 001 010 011 100 101 110 111 等八種二進位排列狀態的計數器, 串接就是除 10 的 BCD 計數器 註四 如右圖 圖五 所示為 IC 7490 之接腳圖 圖五 7490 接腳圖 ( 圖片來源 :http://content.edu.tw 檢索於 :2010/03/11) 圖六 7490 內部電路圖 ( 圖片來源 :http://content.edu.tw 檢索於 :2010/03/15) 六 IC 555 之簡介 555 計時器 圖六 連接當作一個非穩態的多諧振盪器操作, 它是種在其輸出產生脈波的自轉非弦波振盪器 註五 可以單穩態雙穩態方式完成計時 (Timer) 觸發 振盪等功能 各接腳功能請參照 表二 圖七 555 接腳圖 ( 圖片來源 :http://content.edu.tw 檢索於 :2010/03/07) -3-
與 圖七 參照比對, 下表為 IC 555 計時器各接腳功能說明 接腳 功能說明 1 (GND) 地線 ( 或共同接地 ), 通常被連接到電路共同接地 2 ( 觸發點 ) 觸發信號腳, 上緣電壓須大於 2/3 VCC, 下緣須低於 1/3 VCC 3 ( 輸出 ) 信號輸出腳 4 ( 重置 ) 重置定時器 5 ( 控制 ) 此接腳准許由外部電壓改變觸發和閘限電壓 6 ( 重置鎖定 ) 當此腳的電壓從 1/3 VCC 電壓以下至 2/3 VCC 以上時啟動 7 ( 放電 ) 當輸出為 ON 時為 LOW 對地為低阻抗, 當輸出為 OFF 時為 HIGH 對地為高阻抗 8 (V+) 正電源電壓端 表二 IC 555 各接腳功能說明 七 電路與應用 (1.)0~9 上數計數電路圖 圖八 7490 BCD 計數器電路圖 ( 圖片來源 :http://www.wretch.cc/blog/as15774/25082165 檢索於 :2010/03/09) -4-
(2.)0~9 上數計數電路實作 利用 555 電路振盪, 再加上 7490 的計數及 7447 七段解碼電路做出的七段顯示器, 能顯 示零到九 如 圖九 所示為 7490 BCD 計數器電路功能顯示 圖九 7490 BCD 計數器之電路功能顯示 -5-
參 結論 在日常生活中, 常會使用到七段顯示器 (Seven-segment display) 來顯示數字, 因為它能清晰的顯示數值, 所以才會被廣泛的使用於我們生活周遭, 而其內部構造及上數計數器電路更是值得我們去探討的 也因為這次小論文的寫作, 我們不斷翻閱書籍 上網查找相關資料, 因此更加深了七段顯示器與上數計數器電路, 以及對 7447 7490 555 等 IC, 有更深一層的瞭解, 在翻閱查找資料的同時, 也發現即使同一顆 IC, 使用在不同的電路當中, 也能有許多不同的用途, 這些新的資訊對於我們來說也是一個寶貴的經驗, 提升了我們對於數位電路許多新的認知 肆 引註資料 註一 黃慶璋 (2005) 數位邏輯實習 臺北 : 全華圖書 註二 朱永昌 (2007) 數位邏輯實習進階 臺北 : 科友圖書 註三 蔡昌隆 (2011) 數位邏輯設計 臺北 : 碩博出版 註四 葵明高 ICT 探針組裝自動化設備之設計與研製 國立成功大學電機工程學系碩士論文 中華民國九十三年六月 註五 教育部數位教學資源入口網 http://content.edu.tw ( 檢索日期 2010/03/09) 註六 東吳大學, 資訊科學系 http://sun.csim.scu.edu.tw/~lab/ ( 檢索日期 2012/03/10) -6-