74LS47芯片：BCD到七段译码驱动器详解

74LS47是一款低功耗肖特基（Low Power Schottky）TTL集成电路，其主要功能是将二-十进制（BCD）代码转换为七段数码管的显示代码，并驱动七段数码管进行显示。在数字电路和嵌入式系统中，它被广泛应用于各种需要数字显示的场合，如计时器、计数器、数字仪表、电子钟表以及各种显示设备。理解74LS47的工作原理和应用对于数字电路设计者和爱好者来说至关重要。

1. 74LS47芯片概述

74LS47属于74系列集成电路家族中的一员，其“LS”前缀表示它采用了低功耗肖特基工艺，这使得芯片在保持较高工作速度的同时，显著降低了功耗。该芯片内部集成了复杂的逻辑门电路，能够高效地完成BCD到七段码的转换。它通常用于驱动共阳极七段数码管，这意味着数码管的公共端连接到电源正极，而各个段的引脚则通过74LS47的输出连接到地。当74LS47的某个输出为低电平（逻辑0）时，相应的数码管段被点亮。

2. 74LS47引脚图及功能

了解74LS47的引脚排列和功能是正确使用它的前提。74LS47通常采用16引脚双列直插式（DIP-16）封装。

74LS47引脚图

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

引脚功能详细说明

• VCC (引脚16): 电源正极输入。通常连接到+5V直流电源。这是芯片正常工作所需的电源电压。

• GND (引脚8): 接地端。连接到电路的公共地。

• A, B, C, D (引脚4, 5, 6, 7): BCD码输入端。这四个引脚接收待译码的四位BCD码。A是最低有效位（LSB），D是最高有效位（MSB）。这些输入通常连接到BCD计数器或其他数字逻辑电路的输出端。

• a, b, c, d, e, f, g (引脚9, 10, 11, 12, 13, 14, 15): 七段输出端。这些是驱动七段数码管各个段的输出。当相应的输出为低电平（逻辑0）时，对应的数码管段被点亮。例如，当引脚9（a）为低电平时，数码管的“a”段亮。

• LT (Lamp Test - 引脚3): 灯测试输入端。这是一个低电平有效（即接地时有效）的输入。当LT引脚接地时，无论BCD输入是什么，所有七个输出（a到g）都将被强制置为低电平，从而点亮七段数码管的所有段。这常用于测试数码管是否正常工作，或者检查段是否有损坏。

• RBI (Ripple Blanking Input - 引脚2): 纹波消隐输入端。这是一个低电平有效（即接地时有效）的输入。RBI主要用于多位数字显示中的前导零消隐。当RBI为低电平且BCD输入为0000（数字0）时，所有七段输出（a到g）都将被强制置为高电平，从而熄灭数码管显示。这允许我们在显示多位数字时，不显示最高位前面的不必要的零（例如，将“007”显示为“7”）。

• BI/RBO (Blanking Input/Ripple Blanking Output - 引脚1): 消隐输入/纹波消隐输出。这是一个复合功能的引脚。

• BI（Blanking Input）功能： 当BI/RBO引脚为低电平时（作为输入），无论BCD输入如何，所有七段输出（a到g）都将被强制置为高电平，从而熄灭数码管显示。这可用于控制整个显示器的开/关，或者在特定条件下禁止显示。

• RBO（Ripple Blanking Output）功能： 当BI/RBO引脚作为输出时，它与RBI输入一起工作，实现多位显示中的零消隐。如果当前位的BCD输入是0000（数字0），并且RBI输入是低电平，则BI/RBO输出也变为低电平。这个低电平的RBO可以作为下一级（更高位）74LS47的RBI输入，从而实现链式零消隐。例如，对于数字“007”，第一个“0”的RBO输出会驱动第二个“0”的RBI，进而使第二个“0”的RBO输出驱动“7”的RBI，最终只有“7”被显示出来。如果某一位的BCD输入不为0000，或者RBI为高电平，那么BI/RBO将保持高电平。

3. 74LS47功能表

功能表详细说明了在不同输入条件下，74LS47的输出状态。这里的输出状态指的是七段数码管的各个段（a到g）是亮（低电平）还是灭（高电平）。

注：

• H 表示高电平（逻辑1），L 表示低电平（逻辑0）。

• X 表示任意状态（高电平或低电平，或不关心）。

• 在“输出”列中，“L”表示相应的段被点亮，“H”表示相应的段被熄灭。

• 对于非法BCD输入（1010到1111），74LS47的输出通常是高电平，使得数码管显示为空白，或者显示一些不规则的图案，具体取决于芯片内部的设计。在实际应用中，应避免输入非法BCD码。

4. 74LS47工作原理深入探讨

74LS47的核心在于其内部的组合逻辑电路，这些电路负责将四位BCD输入信号转换为七个独立的输出信号，以控制七段数码管的各个段。其设计遵循了共阳极七段数码管的驱动要求，即输出低电平点亮相应段。

译码过程当BCD输入信号进入74LS47时，内部的逻辑门会根据预设的真值表进行逻辑运算。例如，当BCD输入为0001（十进制1）时，内部逻辑会确保只有b段和c段的输出为低电平，而其他段（a, d, e, f, g）的输出为高电平。这样，数码管就会显示数字“1”。这个过程是纯组合逻辑的，意味着输出状态只取决于当前的输入状态，没有记忆功能。

灯测试（LT）功能LT引脚提供了一个非常实用的测试功能。当LT接地时，它会覆盖所有其他输入，强制所有七段输出为低电平。这在电路调试和故障排除时非常有用，可以快速检查数码管本身是否正常，以及连接线是否存在开路。

零消隐（RBI和BI/RBO）功能零消隐是74LS47的一个高级特性，尤其适用于多位数字显示。想象一个三位数字显示器，如果显示“007”，我们通常希望只显示“7”，而不是“007”。这就是零消隐的作用。

• 前导零消隐： 当一个74LS47驱动的位显示为0，并且这个0是前导零（即它前面没有非零数字），我们希望它熄灭。RBI就是用来实现这个功能的。如果一个位的BCD输入是0000，并且它的RBI引脚被接地，那么该位的七段输出将全部熄灭。

• 链式零消隐： 在多位显示中，零消隐需要级联。BI/RBO引脚作为输出时，可以传递零消隐信号。

• 最高位的74LS47的RBI通常直接接地，或者通过一个开关控制。

• 如果最高位是0，其BI/RBO输出变为低电平，这个低电平信号被送到次高位的74LS47的RBI输入。

• 如果次高位也是0，并且它的RBI是低电平，那么它的BI/RBO输出也会变为低电平，并传递给下一位。

• 这个过程一直持续到遇到一个非零数字。当遇到非零数字时，该74LS47的BI/RBO输出将保持高电平，从而中断零消隐链，使得该位及其后面的位正常显示。

• 例如，显示“007”时，最左边的74LS47（最高位，显示“0”）的RBI接地，其BI/RBO输出低电平。这个低电平信号作为中间74LS47（显示“0”）的RBI输入，使其也熄灭，其BI/RBO输出也低电平。这个低电平信号作为最右边74LS47（显示“7”）的RBI输入。由于最右边是“7”（非零），它的BI/RBO输出变为高电平，但它自己会正常显示“7”。最终效果就是“7”。

强制消隐（BI）功能BI/RBO引脚的BI功能允许我们强制熄灭整个数码管显示。当BI/RBO引脚作为输入被接地时，无论BCD输入是什么，所有七段输出都将变为高电平，从而熄灭数码管。这在需要暂时关闭显示或者在某些错误条件下清空显示时非常有用。

5. 74LS47应用电路示例

一个典型的74LS47应用电路包括：

• 74LS47芯片本身。

• 共阳极七段数码管： 选择与74LS47兼容的共阳极数码管。

• 限流电阻： 每个七段输出（a到g）都需要串联一个限流电阻，以保护数码管的LED段不被过大电流烧坏。电阻值通常在220欧姆到1千欧姆之间，具体取决于数码管的类型和工作电压。

• BCD输入源： 例如，一个74LS90或74LS160/161/163系列BCD计数器，或者其他提供BCD码的逻辑电路。

• 电源： 通常为+5V直流电源。

基本连接

1. 将74LS47的VCC连接到+5V，GND连接到地。

2. 将BCD输入（A, B, C, D）连接到相应的信号源。

3. 将七段输出（a-g）通过限流电阻连接到七段数码管的相应段。

4. 根据需要，将LT、RBI、BI/RBO引脚连接到高电平、低电平或与其他74LS47级联。如果不需要灯测试或零消隐功能，LT、RBI通常连接到VCC（高电平），BI/RBO也连接到VCC（作为输入时）。

6. 74LS47的优点与局限性

优点：

• 简单易用： 直接将BCD码转换为七段码，简化了电路设计。

• 成本效益： 相对便宜，适合大规模应用。

• 低功耗肖特基工艺： 功耗相对较低，工作速度较快。

• 集成度高： 将译码和驱动功能集成在一个芯片中，减少了外部元件数量。

• 具有特殊功能： 灯测试、零消隐和强制消隐功能增加了芯片的灵活性和实用性。

局限性：

• 只能驱动共阳极数码管： 无法直接驱动共阴极数码管。若要驱动共阴极数码管，需要使用74LS48或额外的反相器。

• 无法驱动大功率数码管： 74LS47的输出电流有限，对于需要较高电流才能点亮的大型数码管可能力不从心，此时需要外接功率驱动晶体管。

• 不适用于多功能显示： 仅限于数字0-9的显示，无法显示字母或特殊符号。

• 过时技术： 随着微控制器和FPGA的普及，许多显示功能现在可以通过软件编程实现，使得专用译码器芯片的使用频率有所下降。然而，在教育、简单数字显示和一些特定嵌入式应用中，它仍然具有重要的价值。

7. 维护与故障排除

在使用74LS47时，可能会遇到一些问题。以下是一些常见的维护和故障排除技巧：

• 显示不亮或部分段不亮：

• 检查电源连接（VCC和GND）是否正确且稳定。

• 检查七段数码管是否损坏。

• 检查限流电阻是否正确连接且阻值合适。

• 检查74LS47的输出引脚与数码管之间的连接是否牢固。

• 使用万用表测量74LS47的输出引脚，看是否有正确的低电平输出。

• 尝试接地LT引脚，看所有段是否点亮，以排除数码管或连接问题。

• 显示错误数字：

• 检查BCD输入（A, B, C, D）是否正确。使用示波器或逻辑分析仪检查输入信号的时序和电平。

• 确保74LS47芯片本身没有损坏。

• 零无法消隐：

• 检查RBI引脚是否正确接地或连接到前一级的RBO输出。

• 检查BI/RBO引脚是否连接正确。

• 显示一直熄灭：

• 检查BI/RBO引脚是否意外接地（强制消隐）。

• 检查LT引脚是否意外接地（强制全亮）。

8. 结语

74LS47作为一款经典的BCD到七段译码驱动器，在数字电子领域扮演了重要的角色。它以其简洁的功能和相对较低的成本，为各种数字显示应用提供了有效的解决方案。尽管现代电子技术发展迅速，但理解和掌握74LS47的工作原理，对于学习数字逻辑、了解TTL系列芯片以及进行基本的数字电路设计仍然具有重要的教育和实践意义。通过本文的详细介绍，希望能帮助读者全面理解74LS47的引脚功能、工作方式以及在实际应用中的注意事项，从而更好地利用这一经典芯片。