擎天柱Ai8051U-LQFP48转89C52-DIP40扩展电路开源系列（四）数码管显示电路（上）

平凡发表于 4 天前

<h1>擎天柱Ai8051U-LQFP48转89C52-DIP40扩展电路开源系列（四）数码管显示电路（上）</h1>
贵州水利水电职业技术学院EDA社团学习AI8051U单片机，用的是大学计划AI8051U试验箱的程序，同学们手头只有擎天柱AI8051U核心板，由于成本控制的原因，该核心板没有板载数码管，无法再现《8051U深度入门到32位51大型实战教学视频》的数码管源码例程，为了解决这个痛点，我们设计了这款4位数码板。
<img src="data/attachment/forum/202506/24/220117etuz3ckg5oocfk5h.webp" alt="1448ab19e1bc4de5b737959b18024f4f.webp" title="1448ab19e1bc4de5b737959b18024f4f.webp" />
图1：擎天柱AI8051U核心板
<h2> 一. 电路组成</h2>
<ul>
<li>微控制器：通过其I/O引脚输出BCD码。</li>
<li>SN74HC04N反相器：对微控制器输出的BCD码进行反相。</li>
<li>CD4511BE数码管驱动芯片：将反相后的BCD码转换为七段显示信号。-</li>
<li>共阴极数码管：显示数字。</li>
</ul>
<h2>二. 电路原理</h2>
<img src="data/attachment/forum/202506/24/220156mtvkoyj5stts3ro2.webp" alt="8a4bc2fe6a6143b7b91aeabfff56b131.webp" title="8a4bc2fe6a6143b7b91aeabfff56b131.webp" />
<ul>
<li>图2：4位数码板电路原理图</li>
</ul>
<ol>
<li>
微控制器输出：
<ul>
<li> 微控制器通过其I/O引脚输出A1~A4的BCD码。BCD码是一种用4位二进制数表示十进制数的编码方式，每一位对应一个十进制数的位。</li>
</ul>
</li>
<li>
反相处理：
<ul>
<li> 输出的BCD码信号被送入SN74HC04N反相器。SN74HC04N对输入的信号进行反相处理，即高电平变为低电平，低电平变为高电平。这是因为CD4511BE需要反相后的信号来正确驱动共阴极数码管。</li>
</ul>
</li>
<li>
BCD码输入到CD4511BE：
<ul>
<li>反相后的BCD码通过A4~A8引脚输入到CD4511BE的输入端。CD4511BE内部将BCD码转换为七段显示信号，以控制数码管的各个段（a-g）的亮灭。</li>
</ul>
</li>
<li>
驱动数码管：
<ul>
<li>CD4511BE输出的七段显示信号直接驱动共阴极数码管的各个段。由于数码管是共阴极的，其公共阴极接地，每个段的阳极连接到CD4511BE的输出端。当CD4511BE的输出端输出高电平时，对应的段会点亮；输出低电平时，对应的段会熄灭。</li>
</ul>
</li>
</ol>
<h2>二、硬件选型</h2>
<h3>1.CD4511BE</h3>
<ul>
<li>
 CD4511BE是一款BCD到七段显示译码器/驱动器，用于驱动共阴极或共阳极的七段数码管。
</li>
<li>
 CD4511BE采用互补MOS（CMOS）增强模式器件和NPN双极输出驱动器集成在单一单片结构中。该电路提供了4位存储锁存器、8421 BCD到七段解码器的功能以及输出驱动能力。Lamp test (LT)、blanking (BI)和latch enable (LE)输入分别用于测试显示器、关闭或脉冲调制显示器的亮度以及存储BCD代码。这些器件结合了RCA CMOS的低静态功耗和高抗噪能力，以及能够提供高达25 MA的npn双极输出晶体管。此功能使CD4511B可以直接驱动LED和其他显示器。在共阳极数码管中，CD4511BE的输出端（a-g和dp）需要连接到数码管的各个段，而数码管的公共阳极连接到电源正极。
<img src="data/attachment/forum/202506/24/220219cmmco21qqwg9kgmw.webp" alt="5b11c8d64fb7467893b09f8af528052c.webp" title="5b11c8d64fb7467893b09f8af528052c.webp" /> 
!图片.png
</li>
<li>
图3：CD4511BE
</li>
</ul>
<img src="data/attachment/forum/202506/24/220239hhwhzv1hddx985k4.webp" alt="4a81c439b95941e9911bfda5cb100381.webp" title="4a81c439b95941e9911bfda5cb100381.webp" />
<ul>
<li> 图4：CD4511BE引脚</li>
<li> CD4511引脚功能：</li>
</ul>
 BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态是怎么样的，七段数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。
 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
 LT：3脚是测试信号的输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮全部显示。它主要用来检测数7段码管是否有物理损坏。
 A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。
CD4511的里面有上拉电阻，可直接或者接一个电阻与七段数码管引脚连接。
<ul>
<li>CD4511BE的特点</li>
</ul>
低逻辑电路功耗
高电流源输出（高达25 mA）
代码锁存存储
消隐输入
灯测试功能
所有非法输入组合上的读出消隐
灯强度调制能力
时间共享（多路复用）功能
等同于Motorola MC14511
<ul>
<li>CD4511B绝对最大额定值</li>
</ul>
直流电源电压 (VDD) -5V至+18V
输入电压 (VIN) -5V至VDD +5V
存储温度范围 (TS) -65°C至+150°C
功耗双列直插式 700 mW 小外形 500 mW
引脚温度（焊接，10秒）260°C
<ul>
<li>推荐工作条件</li>
</ul>
直流电源电压 (VDD) 3V至15V
输入电压 (VIN) 0V至VDD
工作温度范围 (TA) -40°C至+85°C
<h3>2.SN74HC04N反相器</h3>
<ul>
<li>SN74HC04N是一款六路反相器，用于将输入信号反相。在该电路中，反相器用于将微控制器输出的BCD码反相，以适应CD4511BE的输入要求。</li>
</ul>
<img src="data/attachment/forum/202506/24/220300hcuiq15u2q7gsc75.webp" alt="917b36bf5c2b4c7a92350f73234419b1.webp" title="917b36bf5c2b4c7a92350f73234419b1.webp" />
<ul>
<li>
图5：SN74HC04N反相器
<img src="data/attachment/forum/202506/24/222023nius5uw5l12seuwi.png" alt="图片.png" title="图片.png" />
</li>
<li>
图6：SN74HC04N反相器参数
</li>
<li>
特点
</li>
</ul>
缓冲输入
宽工作电压范围：2V至6V
规定工作温度范围：-40°C至+125°C
封装信息：DIP-14/SOP-14/TSSOP-14
<ul>
<li>应用</li>
</ul>
同步反相时钟输入
抖动消除开关
反相数字信号
<ul>
<li>电气参数</li>
</ul>
<hr />
<pre><code>绝对最大额定值：

供电电压（Vec）：-0.5至+7V

输入钳位电流（Iik）：±20mA（当V<-0.5V或Vi>Vcc+0.5V时）

输出钳位电流（Iok）：±20mA（当Vo<-0.5V或Vo>Vcc+0.5V时）

输出电流（Io）：±25mA（当-0.5V<Vo<Vcc+0.5V时）

供电电流（Icc）：50mA

地电流（IGND）：-50mA

总功耗（Ptot）：500mW

存储温度（Tstg）：-65至+150°C

焊接温度（TL）：10秒，DIP为245°C，SOP/TSSOP为260°C
</code></pre>
<hr />
<ul>
<li>推荐工作条件</li>
</ul>
<hr />
<pre><code>供电电压（Vec）：2.0至6.0V

输入电压（Vi）：0至Vcc

输出电压（Vo）：0至Vcc
</code></pre>
<hr />
<ul>
<li>引脚配置</li>
</ul>
<hr />
<pre><code>引脚1：1A（数据输入） 引脚2：1Y（数据输出）

引脚3：2A（数据输入） 引脚4：2Y（数据输出）

引脚5：3A（数据输入） 引脚6：3Y（数据输出）

引脚7：GND（地，0V） 引脚8：4Y（数据输出）

引脚9：4A（数据输入） 引脚10：5Y（数据输出）

引脚11：5A（数据输入） 引脚12：6Y（数据输出）

引脚13：6A（数据输入） 引脚14：Vcc（供电电压）
</code></pre>
<hr />
<h3>3.SR440801N/32数码管</h3>
<ul>
<li>SR440801N/32数码管是共阴极4位0.8英寸红色数码管</li>
</ul>
<img src="data/attachment/forum/202506/24/221203bvqv2oyro0361yvm.png" alt="图片.png" title="图片.png" />
<ul>
<li>图7：SR440801N/32共阴极4位0.8英寸红色数码管</li>
</ul>
<img src="data/attachment/forum/202506/24/221237i6l0bejdgw5yd6fy.png" alt="图片.png" title="图片.png" />
<ul>
<li>图8：SR440801N/32共阴极4位0.8英寸红色数码管电路原理和外形尺寸</li>
</ul>
<h2> 三、PCB设计</h2>
<img src="data/attachment/forum/202506/24/221021hegvnihncid57et8.jpg" alt="13.jpg" title="1 (3).jpg" />
<ul>
<li>图9：4位数码板实物图</li>
</ul>
<img src="data/attachment/forum/202506/24/220923nbvefavzuj8adjvu.png" alt="图片.png" title="图片.png" />
<ul>
<li>图10：4位数码板工程图</li>
</ul>
<img src="data/attachment/forum/202506/24/220900icdz2azhshyxhozd.png" alt="图片.png" title="图片.png" />
<ul>
<li>图11：4位数码板2D仿真</li>
</ul>
<img src="data/attachment/forum/202506/24/220846efhpdyzwjnwkawzw.png" alt="图片.png" title="图片.png" />
<ul>
<li>图12：4位数码板3D仿真</li>
</ul>
 四、结语与感悟
本电路使用了七段译码器、反相器和4位数码管，在学习单片机之前，掌握这些内容，有助于对单片机驱动数码管电路的理解，更是对数码显示编程原理的提前预习，该电路结构简单，对初学者非常友好，没有任何可以调整的部位，只要是不插错元件，一次就可以成功，若是对自己的焊接技术没有信心，可以先焊接IC插座，然后插上芯片再通电试机。

晓飛飛 发表于 3 天前

【新提醒】什么？8H4K64TL硬件80mA大电流LED数码管自动刷新驱动居然可以8位亮度256种组合？ - 段码LCD/80mA大电流LED数码管自动刷新显示/RTC实时时钟/触摸按键/低功耗国芯技术交流网站 - AI32位8051交流社区

做数码管驱动可以试试8H4K64TL
https://www.stcaimcu.com/thread-18536-1-1.html

平凡发表于 3 天前

谢谢！现在主要工作是满足学生上课的硬件需求，方便的时候可以可以试试8H4K64TL，刚好手头有8H4K64试验箱。

神农鼎 发表于 3 天前

建议参考下面流行的主流 74HC595电路

深圳国芯人工智能有限公司-实验箱

平凡发表于 3 天前

谢谢提醒！

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