译码器及数码显示器制作双色顺序闪光灯

这次无线电小组的活动，同学们再次应用CMOS十进制计数/译码集成电路组装了“双色顺序闪光灯”，在老师的辅导下，又进一步学习了译码电路和数码显示电路方面的应用知识。同学：您在介绍CD4017组件时说过，它的内部集成了十进制计数器和译码器两大部分。我们对计数电路已经有了初步了解，很希望您再给我们讲讲译码电路。老师：好。大家已经学习过计数电路，在十进制计数器中，用10个四位二进制代码分别代表0～9这10个十进制数字。但是，在电子设备中，常常需要把计数器的计数结果通过显示器件用十进制数码显示出来，这就需要通过一种电路把10个二进制代码“翻译”成10路输出信号，也就是每输入一个代码，10路输出通道中相应的一路就会有信号输出。用来实现这种逻辑功能的电路叫译码器。同学：译码电路一定很复杂吧？它主要由哪几部分组成的呢？老师：译码电路其实很简单，它主要是由与门组成的，是一种组合逻辑电路。在计数电路的8条输出线Q3、Q3^——、Q2、Q2^——、Q1、Q1_——、Q0、Q0^——上，连接着10个与门，代表0～9的每一个代码的输出信号控制着一个与门（图1）。大家知道，与门是一个条件开关，它的功能是“输入全1，输出为1”。例如，十进制数0的代码是Q3Q2Q1Q0=0000，我们从信号母线上取Q3、Q2、Q1、Q0作为与门J的输入信号，一旦十进制计数器输出的代码是“0000”时，Q3^——Q2^——Q1^——Q0^——=1111，于是与门J开启，它的输出端Y0=1。又如，十进制数5的代码是Q2Q1Q0=101，我们取Q2、Q1^——、Q0作为与门E的输入信号，一旦十进制计数器输出的代码是“0101”时，Q3Q1^——Q0=111，与门E开启，它的输出端Y5=1。表1是二-十进制8421代码译码器的真值表。同学：您这么一说我就明白了。再请问您，译码器输出端代表0～9十个数字的10条信号线是怎么跟数码显示器连接的呢？老师：一个完整的电子计数装置包括计数器、译码器、驱动器和显示器等几部分电路（图2）。我们举CD4017做例子，在计数装置中，由CD4017完成了计数和译码工作，它的10条输出线Y0～Y9分别通过三极管驱动器接在辉光数码管的10个数字形阴极上（图3）。当Y0～Y9中的某一路输出高电平“1”时，与之相连的三极管就导通，相对应的数字形阴极就会发光显示。同学：我们还没有见到过辉光数码管，这是一种什么样的器件呢？老师：我带来了一个样品（图4），大家可以传着看一下。辉光数码管是一种字形重叠式气体放电显示器件。玻璃管壳内有1个公共阳极A和10个阴极K0～K9，这些阴极分别做成0、1、2、3……9的形状，彼此互相绝缘，重叠地立放在管内。当阳极与阴极之间的电压高于启辉电压时，阳极与这个阴极之间就会产生辉光放电，显示出这个阴极的字形。这种显示器件的突出优点是字形清晰，视距较长，缺点是需要供给180V的阳极电压，所以近年来应用比较少了。同学：我们见到比较多的是半导体发光数码管，这种显示器件怎么跟译码器连接呢？老师：半导体发光数码管就是常说的LED数码管，它实际上是8个发光二极管的共阴极组合（图5），其中7个发光二极管制成条形，分别用a、b、c、d、e、f、g表示，有选择地使其中若干段发光，就可以组成0～9十个数码（图6），另一个发光二极管是小数点D.P。用来驱动LED数码管的译码器叫“笔划译码器”（常用器件是CMOS集成电路CD4511）。8421二-十进制代码和笔划译码器输出状态之间的对应关系可以看这张表（表2）。大家可以看到，对输入译码器的每一个代码，对应的输出信号不是一路，而是根据组成字形的发光二极管个数，输出2～7路信号。这就相当于把一种代码变换成另一种代码，所以又管它叫“代码变换器”。请大家看这块示教板（图7），这就是采用LED数码管作显示器件的计数电路的完整组合。同学：CD4017有10个译码输出端Y0～Y9，怎么才能和LED数码管连接呢？老师：CD4017不能跟LED数码管直接相连，需要通过专用的驱动电路，请大家看这块示教板（图8），这里使用的专用驱动器是CH233，大家一看就明白了。CD4017又叫十进制计数/脉冲分配器。今天大家制作的“双色顺序闪光灯”（图9），就是作脉冲分配器应用的典型电路。运算放大器IC1组成多谐振荡器，用来产生时钟脉冲信号输入到CD4017的CP端。IC2（CD4017）对输入的方波脉冲进行计数/分配，使它的输出端Y0～Y9依次变为高电平。当Y0～Y4依次变为高电平时，三极管VT1～VT5依次导通，使得双色发光二极管中的红色（R）管芯依次点燃，形成红色流水灯序。当Y5～Y9依次变为高电平时，三极管VT6～VT10依次导通，双色发光二极管中的绿色（G）管芯依次点燃，形成绿色光序。在时钟脉冲的不断作用下，两色光带不断交替流动，十分悦目。