SN74LS248 BCD到七段译码/驱动器：深入解析其引脚图与功能

SN74LS248，作为德州仪器（Texas Instruments）等厂商生产的一款经典的TTL（Transistor-Transistor Logic）系列集成电路，是一款高性能的BCD（Binary-Coded Decimal，二进制编码的十进制）到七段显示译码/驱动器。它在数字电子领域有着广泛的应用，尤其是在需要将BCD码转换为七段数码管可识别的驱动信号的场合。这款芯片以其集成度高、功耗低、驱动能力强等特点，成为了早期数字显示系统的核心组件之一。理解其引脚图和功能对于正确使用和设计基于该芯片的电路至关重要。

SN74LS248 概述与发展背景

SN74LS248隶属于74LS系列，这代表它采用了低功耗肖特基（Low-Power Schottky）TTL技术。相比于早期的标准TTL（如74XX系列），LS系列在保持较高速度的同时显著降低了功耗，并且具有更好的噪声容限，这使得它在各种电池供电或对功耗有严格要求的应用中更具优势。SN74LS248的主要功能是将4位BCD输入码（即0000到1001，分别代表十进制数字0到9）转换成相应的七段显示器驱动信号。这些信号能够直接驱动共阴极（Common Cathode）七段数码管，显示出对应的数字。

在数字电子技术发展的早期，如何方便、高效地显示数字信息是一个亟待解决的问题。七段数码管因其结构简单、显示直观而成为主流选择。然而，微处理器或数字逻辑电路通常以二进制或BCD码形式处理数据，这就需要一个“翻译者”将这些编码转换为七段数码管能够理解的点亮模式。SN74LS248正是为了满足这一需求而诞生的，它极大地简化了数字显示电路的设计，减少了分立元件的使用，提高了系统的可靠性和集成度。

这款芯片内部集成了复杂的组合逻辑电路，能够根据BCD输入自动生成七段显示所需的“a, b, c, d, e, f, g”七个段的驱动信号。此外，它还具备一些特殊的功能引脚，如灭零功能（RBI、RBO）、灯测试功能（LT）等，进一步增强了其在实际应用中的灵活性和实用性。这些功能使得SN74LS248不仅能够用于简单的数字显示，还能实现多位数字的串联显示、前导零抑制等高级功能。

SN74LS248 引脚图详解

SN74LS248通常采用16引脚的DIP（Dual In-line Package）封装，也有SOIC（Small Outline Integrated Circuit）等贴片封装形式。以下是其DIP封装的典型引脚排列及其功能描述：

引脚图布局（示例：16引脚DIP封装）

      +--/--+
   LT |1   16| VCC
   RBI|2   15| g
   D  |3   14| f
   C  |4   13| e
   B  |5   12| d
   A  |6   11| c
  RBO |7   10| b
  GND |8    9| a
      +------+

引脚功能详细说明

• VCC (引脚 16): 电源正极。这是芯片的供电引脚，通常连接到+5V直流电源。提供稳定的电源是芯片正常工作的基本前提。电源电压的波动会直接影响芯片的性能和稳定性。

• GND (引脚 8): 接地。这是芯片的电源负极，通常连接到电路的公共地线。确保良好的接地能够有效抑制噪声，提高电路的可靠性。

• A (引脚 6), B (引脚 5), C (引脚 4), D (引脚 3): BCD码输入端。 这四个引脚用于接收4位BCD码输入。其中，A是最低有效位（LSB），D是最高有效位（MSB）。当这些引脚接收到0000到1001（二进制）的组合时，芯片内部逻辑会将其翻译为对应的十进制数字，并通过七段输出引脚驱动显示。对于超出1001（即10到15）的BCD码输入，SN74LS248会产生特定的非数字显示模式，通常是熄灭所有段或显示一些特殊符号，这取决于具体的型号和内部设计。

• LT (Lamp Test，灯测试，引脚 1): 灯测试输入。 这是一个低电平有效（Active Low）的输入引脚。当LT引脚为低电平（逻辑0）时，无论BCD输入是什么，SN74LS248的所有七个输出段（a, b, c, d, e, f, g）都将被点亮。这个功能主要用于检查七段数码管的所有段是否正常工作，方便故障排查和系统调试。如果LT引脚为高电平（逻辑1），则灯测试功能无效，芯片正常根据BCD输入进行译码。

• RBI (Ripple Blanking Input，纹波消隐输入，引脚 2): 纹波消隐输入。 这是一个低电平有效（Active Low）的输入引脚。RBI主要用于多位数字显示中的前导零抑制（leading zero blanking）。当前导数字为零，并且RBI引脚为低电平时，SN74LS248的七段输出将全部熄灭（即不显示数字0）。这对于在显示多个数字时（例如，显示“007”时只显示“7”）非常有用，可以避免显示不必要的零，使显示更加清晰。如果RBI为高电平（逻辑1），则纹波消隐功能无效，即使BCD输入为0000，芯片也会显示数字0。RBI的典型应用是将其连接到前一个数字的RBO（Ripple Blanking Output）引脚，从而实现级联的零抑制。

• RBO (Ripple Blanking Output，纹波消隐输出，引脚 7): 纹波消隐输出。 这是一个低电平有效（Active Low）的输出引脚。RBO通常与RBI功能协同使用。当芯片的BCD输入为0000（即显示数字0），并且RBI引脚为低电平时，RBO输出为低电平。在其他所有情况下（例如，BCD输入不为0，或者BCD输入为0但RBI为高电平），RBO输出为高电平。RBO的这个特性使其非常适合用于连接下一个BCD译码器的RBI引脚，从而实现多位显示中的自动前导零抑制。例如，如果显示“123”，第一位的RBO会是高电平，第二位的RBO会是高电平，第三位的RBO也会是高电平。如果显示“007”，第一个芯片的BCD输入是0000，并且它的RBI被拉低，那么它的RBO就会是低电平，这个低电平会驱动下一个芯片的RBI，使其也熄灭。

• a (引脚 9), b (引脚 10), c (引脚 11), d (引脚 12), e (引脚 13), f (引脚 14), g (引脚 15): 七段显示输出端。 这七个引脚是SN74LS248的主要输出端，它们直接连接到共阴极七段数码管的对应段。当输出为高电平（逻辑1）时，对应的段被点亮；当输出为低电平（逻辑0）时，对应的段熄灭。SN74LS248的输出是集电极开路（Open Collector）的，这意味着它们需要外部上拉电阻才能正常工作。上拉电阻将输出连接到正电源VCC，当芯片内部晶体管关闭时，输出端通过电阻被拉高；当晶体管导通时，输出端被拉低。这种开集电极输出的优点是可以灵活地选择上拉电阻的阻值，以适应不同亮度需求的数码管，并且可以直接驱动更高电流的负载。

SN74LS248 功能真值表

理解真值表是掌握SN74LS248功能的关键。真值表列出了所有可能的输入组合以及对应的七段输出状态。

输入条件

输出状态（对于合法BCD输入 0-9，当 LT=H 且 RBI 不导致消隐时）

真值表解读

• 灯测试优先： 从真值表可以看出，LT引脚的功能具有最高优先级。只要LT为低电平，无论其他输入如何，所有七段输出都会被强制点亮，方便用户快速检查显示器的完整性。

• 纹波消隐与零显示： 当LT为高电平，且BCD输入为0000时，RBI引脚的状态决定是否显示“0”。如果RBI为低电平，输出将被消隐（所有段熄灭）；如果RBI为高电平，则会正常显示“0”。

• RBO的条件： RBO引脚只有在BCD输入为0000且RBI为低电平（导致消隐）时才输出低电平。这正是实现前导零抑制的关键所在。

• 非法BCD输入： 对于1010到1111这些非法的BCD码输入，SN74LS248的输出通常是熄灭所有段，或者显示一些不规范的图案（例如，某些段亮，某些段灭，看起来不像数字）。在实际应用中，应避免给SN74LS248输入非法BCD码，以确保显示内容的正确性。

SN74LS248 工作原理与内部逻辑

SN74LS248内部由复杂的组合逻辑门电路组成，包括AND门、OR门、NOT门以及各种驱动电路。其核心工作原理可以概括为以下几个步骤：

1. BCD输入解码： A、B、C、D四个引脚接收到的4位BCD码首先经过一个解码器。这个解码器将16种可能的4位输入组合（尽管只有0-9是有效的BCD码）映射到内部的特定状态。

2. 七段逻辑生成： 解码器的输出随后进入一个复杂的逻辑网络。这个网络根据预设的规则，为每个七段显示器的段（a到g）生成相应的驱动信号。例如，对于输入0000（十进制0），逻辑网络会确保a、b、c、d、e、f段导通（高电平），而g段截止（低电平），从而在共阴极数码管上形成数字0。

3. 特殊功能处理： LT、RBI、RBO引脚的逻辑电路与核心的BCD解码和七段逻辑生成电路协同工作。

• LT逻辑： LT引脚通过一个高优先级门控所有七段输出。当LT为低时，它会强制所有七段输出为高电平。

• RBI/RBO逻辑： RBI和RBO涉及到零检测和消隐控制。当BCD输入为0000且RBI为低时，一个内部逻辑门会触发所有七段输出变为低电平（消隐），同时RBO也输出低电平。RBO的输出是根据BCD输入是否为零以及RBI的状态来决定的，它作为一个标志信号，用于级联的消零操作。

4. 开集电极输出驱动： 最终生成的七段信号通过内部的开集电极（Open Collector）晶体管输出。这些晶体管作为开关，控制着与七段数码管段连接的电流路径。由于是开集电极输出，每个输出引脚都需要一个外部上拉电阻连接到VCC。当内部晶体管导通时（输出为低电平），电流流过数码管段、晶体管到地，段被点亮；当内部晶体管截止时（输出为高电平，通过上拉电阻），电流无法流过数码管段，段熄灭。

开集电极输出的优势

开集电极输出是SN74LS248的一个重要特性。它的主要优势在于：

• 电压兼容性： 理论上，开集电极输出可以通过选择合适的上拉电阻连接到不同的电源电压（只要不超过芯片的最大额定电压），从而驱动不同电压需求的负载，虽然SN74LS248通常用于5V系统。

• 多扇出能力： 多个开集电极输出可以“线或（Wire-OR）”连接在一起，这意味着可以将多个芯片的输出连接到同一个负载，只要其中任何一个输出为低电平，就能拉低公共线。这在某些特定应用中很有用。

• 电流驱动能力： SN74LS248的开集电极输出具有一定的灌电流能力（Sink Current Capability），可以吸入足够驱动LED段的电流。选择合适的上拉电阻可以限制流过LED的电流，从而控制显示亮度并保护LED。

SN74LS248 典型应用电路

SN74LS248主要应用于各种数字显示场合，以下是一些典型的应用电路示例：

1. 单一位数字显示最简单的应用是将一个SN74LS248连接到一个共阴极七段数码管。

• 连接方式： BCD输入（A, B, C, D）连接到提供数字数据的源（例如，计数器、微控制器输出等）。LT引脚通常连接到VCC（使其不激活灯测试），RBI引脚也连接到VCC（除非需要前导零抑制）。七个输出引脚（a到g）通过限流电阻（通常为220Ω到470Ω，具体值取决于LED数码管的正向电压和所需亮度）连接到共阴极七段数码管的相应段。七段数码管的公共阴极引脚连接到地。

• 工作原理： 当BCD输入发生变化时，SN74LS248会实时地更新其七段输出，点亮或熄灭相应的段，从而显示出对应的数字。

2. 多位数字显示与前导零抑制当需要显示多位数字时，例如一个三位数字计数器，通常会使用多个SN74LS248。前导零抑制功能在这种情况下显得尤为重要，它可以避免显示“007”而不是“7”，或者“012”而不是“12”。

• 显示数字“123”：所有位的RBO都是高电平，所有位正常显示。

• 显示数字“075”：

• 显示数字“007”：

• 百位（0）：BCD输入为0000，其RBI为高，所以它显示“0”。RBO输出高电平。

• 十位（7）：BCD输入为0111，其RBI为高，显示“7”。RBO输出高电平。

• 个位（5）：BCD输入为0101，其RBI为高，显示“5”。

• 最终显示“075”。

• 最高位（百位）BCD输入0000。其RBI连接到VCC（如果这是最高有效位）。它会显示“0”。RBO输出低电平。

• 次高位（十位）BCD输入0000。其RBI连接到百位的RBO（低电平）。所以十位被消隐（熄灭）。RBO输出低电平。

• 最低位（个位）BCD输入0111。其RBI连接到十位的RBO（低电平）。由于BCD输入不是0000，即使RBI是低电平，它也会正常显示“7”。RBO输出高电平。

• 最终显示“  7”（两个空白，一个7）。

• 百位（0）：BCD输入为0000，其RBI为低（或连接VCC）。如果连接VCC，它显示0。如果需要消隐，则它的RBI需连接到前级芯片RBO，此处没有前级。为了实现前导零抑制，最高位的RBI需要一个额外的逻辑来检测整个数字是否为零。通常，只有当所有更高位的数字都为零时，当前位的RBI才被拉低。

• 更常见的做法是，只有最高位的RBI连接到VCC。如果最高位显示0，则其RBO为低电平，次高位的RBI被拉低，如果次高位也显示0，则其RBO也为低电平，以此类推。直到遇到第一个非零数字，或者到达个位。

• 所以对于“007”：

• 如果最高位为0，并且其RBI被强制为高电平（因为它不是前导零），则它将显示0，其RBO将输出高电平。

• 如果最高位为0，但其BCD输入为0000且RBI为低（这意味着它需要被消隐），它将熄灭，并且RBO将输出低电平。这个低电平会使得次高位的RBI也变为低电平。

• 如果次高位的BCD输入也是0000，且其RBI（来自最高位的RBO）为低电平，那么次高位也将熄灭，并将其RBO输出低电平给最低位。

• 这个过程一直持续到遇到一个非零的数字，或者到达最低位。最低位如果输入为0000，但其RBI为高电平（因为前面的数字是非零，或者它是唯一的数字），则会显示0。

• 最高位（百位）的SN74LS248的RBI引脚通常连接到VCC（因为它没有前导零）。

• 最高位SN74LS248的RBO引脚连接到次高位（十位）SN74LS248的RBI引脚。

• 次高位SN74LS248的RBO引脚连接到最低位（个位）SN74LS248的RBI引脚。

• 最低位SN74LS248的RBO引脚通常悬空或连接到VCC。

• 级联连接：

• 工作原理：

• 例子：

• 注意： 对于真正的前导零抑制，最高位的RBI通常不直接连VCC，而是通过一个额外的逻辑（比如一个非门）来控制，这个逻辑判断整个数字是否全为零。如果整个数字全为零，则最高位的RBI被拉低，导致所有位都被消隐。

3. 多路复用显示在显示多位数字时，为了节省引脚和译码器芯片，常常采用多路复用（Multiplexing）技术。在这种方案中，所有数码管的相同段（例如所有a段、所有b段等）连接在一起，但每个数码管的公共端（阴极）通过一个单独的驱动开关控制。

• 所有SN74LS248的七段输出引脚（a到g）直接并联到共阴极七段数码管的对应段。

• 每个数码管的公共阴极连接到一个PNP晶体管（或P沟道MOSFET）的集电极（或漏极），晶体管的发射极（或源极）连接到地。

• 每个晶体管的基极（或栅极）由微控制器或其他控制逻辑驱动。

• SN74LS248的BCD输入由微控制器分时提供。

• 连接方式：

• 工作原理： 微控制器以极快的速度（通常几十到几百赫兹的刷新率）循环执行以下步骤：

• 由于人眼的视觉暂留效应，虽然每个数字是分时点亮的，但看起来所有数字都在同时持续显示。这种方法可以大大减少所需的译码器数量和微控制器的引脚数量。

1. 将第一个数字的BCD码发送给SN74LS248。

2. 点亮第一个数码管的公共阴极驱动晶体管。

3. 保持短暂时间（例如1毫秒），让第一个数字显示。

4. 熄灭第一个数码管的公共阴极驱动晶体管。

5. 将第二个数字的BCD码发送给SN74LS248。

6. 点亮第二个数码管的公共阴极驱动晶体管。

7. 保持短暂时间，让第二个数字显示。

8. 重复此过程，直到所有数字都显示一遍，然后从头开始。

SN74LS248 与其他译码器的比较

在数字显示领域，SN74LS248并非唯一的选择，还有其他类似的译码/驱动器，例如SN74LS47、SN74LS48等。它们之间存在一些关键的区别：

• SN74LS47： 是一款BCD到七段译码/驱动器，专为**共阳极（Common Anode）**七段数码管设计。这意味着它的输出是低电平有效（Active Low），当输出为低电平时，对应的段被点亮。与SN74LS248的开集电极输出不同，SN74LS47通常具有推挽（Totem-Pole）输出，这意味着它不需要外部上拉电阻，但输出电流方向不同。SN74LS47也具有灯测试（LT）、纹波消隐输入（RBI）和纹波消隐输出（RBO）功能，但其逻辑行为与SN74LS248相反，因为它是为共阳极数码管设计的。

• SN74LS48： 与SN74LS248功能非常相似，也是为**共阴极（Common Cathode）**七段数码管设计的。然而，SN74LS48的输出通常是推挽输出，而不是开集电极输出。这意味着它不需要外部上拉电阻，可以直接驱动数码管，但其输出电流能力和灵活性可能略有不同。在其他功能引脚（LT, RBI, RBO）方面，SN74LS48与SN74LS248的工作方式基本相同。

选择依据

• 数码管类型： 这是选择译码器的最关键因素。如果使用共阴极数码管，则应选择SN74LS248或SN74LS48。如果使用共阳极数码管，则应选择SN74LS47。

• 输出类型： 如果需要灵活选择限流电阻，或者需要将多个输出“线或”连接，SN74LS248的开集电极输出提供了更大的灵活性。如果希望简化电路，不需要外部上拉电阻，SN74LS48或SN74LS47的推挽输出可能更方便。

• 驱动能力： 尽管LS系列芯片的驱动能力都相当不错，但具体应用中还是需要根据数码管的电流需求和亮度要求来选择。

SN74LS248 的优点与局限性

优点：

• 集成度高： 将BCD译码和七段驱动功能集成在一个芯片中，简化了电路设计，减少了元件数量。

• 功耗相对较低： LS系列采用低功耗肖特基技术，在提供足够速度的同时降低了功耗。

• 驱动能力强： 开集电极输出能够直接驱动共阴极七段数码管，省去了额外的驱动晶体管。

• 功能丰富： 具备灯测试（LT）和纹波消隐（RBI/RBO）功能，方便系统调试和多位显示的前导零抑制。

• 稳定性好： 作为成熟的TTL器件，具有良好的抗干扰性和稳定性。

• 易于使用： 引脚功能清晰，应用电路简单。

局限性：

• 只能驱动共阴极数码管： 如果需要驱动共阳极数码管，则需要选择其他型号（如SN74LS47）。

• 非法BCD码处理： 对于10到15的非法BCD码输入，输出显示不确定或不标准，在设计时需要确保输入总是有效的BCD码。

• 需要外部限流电阻： 尽管是驱动器，但仍需要外部限流电阻来保护LED段和控制亮度。

• 技术过时： 相对于现代的微控制器和FPGA等可编程逻辑器件，SN74LS248属于较为传统的固定功能逻辑芯片。在许多现代设计中，这些功能可以直接由微控制器或更复杂的数字IC实现，从而进一步提高集成度和灵活性。

• 不能直接驱动高电流LED： 尽管有驱动能力，但对于高亮度或大尺寸的LED数码管，可能需要额外的驱动电路。

总结

SN74LS248是一款经典的BCD到七段译码/驱动器，以其简单易用、功能实用和高集成度在数字显示领域占据了重要地位。它通过四个BCD输入引脚，将二进制编码的十进制数字转换成七段数码管所需的驱动信号，并具备灯测试和前导零抑制功能，极大地简化了数字显示电路的设计。其开集电极输出特性使其能够灵活地与共阴极七段数码管配合使用。尽管现在有更多先进的数字显示解决方案，但SN74LS248作为数字逻辑基础元件的代表，其工作原理和应用仍然是理解数字电子学的重要组成部分，并在许多教学和传统电子项目中发挥着作用。深入理解其引脚功能、真值表和应用方式，对于任何学习或从事数字电路设计的人来说都是非常有价值的。