第4章_编码器与译码器与译码器剖析

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1、第 4 章 编码器与译码器 实训4 编/译码计数码显示 41 编码与译码 42 编码器与译码器 43 编/译码器的应用 44 常用编码器与译码器IC简介 本章小结 习题4 返回主目录,第 4 章编码器与译码器,编码器、译码器和数码显示器是数字系统中的常用 器件。本章通过实训，对编码器、译码器和数码管的功能 与一般应用有一个定性的认识， 然后介绍编/译码的概念, 编/译码器电路的基本原理， 及不同类型的编码器、译码 器和显示器的基本功能和它们在数字系统中的应用。最后 介绍一些常用的编码器、译码器产品。,实训4编/译码及数码显示,1）了解编码器、译码器和数码管的逻辑功能。 （2）熟悉74LS147

2、、 74LS48和数码管各管脚的功能。 （3）进一步掌握数字电路逻辑关系的检测方法。 2. 实训设备与器件 实训设备：逻辑试电笔、示波器、直流稳压电源、集 成电路测试仪。 实训器件、实验电路板、训3所调试好的抢答器实验 板、二-十进制编码器74LS147、字符译码器74LS48、共阴 极数码管、非门74LS04各一块。 3. 实训电路 实训电路如图4.1所示。 ,图 4.1 编/译码及数码显示实训电路图,4. 实训步骤与要求 1） 预习 查集成电路手册，初步了解74LS147、74LS48和数码管 的功能，确定74LS147和74LS48的管脚排列，了解各管脚的 功能。 2）连接电路 用集成电

3、路测试仪测试所用集成块，确认完好后，按 实训电路图在实验板上安装好实训电路。将实训3中 4 人抢 答器的 4 个指示信号按实训电路所示接到编码器74LS147的I1 、I2、 I3、I4输入端（即11、12、13、1 脚）。检查电路连接, 确认无误后再接电源。 ,3） 电路功能显示 接通电源，分别触按 4 个抢答器的抢答键，如果电 路工作正常，数码管将分别显示抢答成功者的号码。如 果没有显示或显示的不是抢答成功者的号码，说明电路 有故障，应予以排除。 4）电路逻辑关系检测 （1）用逻辑试电笔（或示波器）测试抢答器输入到 编码器74LS147的I1、I2、I3、I4输入端的 4个信号，其中 一个

4、信号应是低电平，并观察该低电平信号与数码管显 示的数字有什么关系。, （2）当4个输入信号I1、I2、I3、I4分别为低电平时，用 逻辑试电笔（或示波器）测试74LS147的 4 个输出端A、B 、C、D的电平并记录于表4.1中。表中“1”表示高电平， “0”表示低电平。 （3）用同样的方法测试译码器74LS48的 7 个输出端a g的电平并记录于表4.1中。观察数码管 7 个输入端ag 电 平的高低与数码管相应各段的亮灭有什么关系。,表 4.1,5） 74LS147功能试验 (1) 编码功能。给一块74LS147接通电源和地，在74LS147 的9个输入端加上输入信号(按表4.2所示，依次给

5、I1I9加信号）, 用逻辑试电笔或示波器测试D、C、 B、A 4个输出端的电平， 将测试结果填入表4.2中。 如果操作准确，对应每一个低电平输入信号，在编码器输出 端D、C、B、A将得到一组对应的二进制编码。 分析测试结果可 知，编码器输出端D、C、B、A以反码输出，D为最高位,A为最 低位。每组 4 位二进制代码表示1位十进制数。低电平输入信号 为有效信号。 若无有效信号输入，即9个输入信号全为“1”，代表 输入的十进制数是0， 则输出DCBA=1111（0的反码）。,表42,（2）优先编码。如果74LS147同时有两个或两个以上的输 入信号为低电平，将输出哪一个信号的编码呢？请按表4.3的

6、 输入方式，测试相应的输出编码。 表中的“”既可以表示低 电平，也可以表示高电平。 如果测试准确，可以看出，编 码器对级别高的信号进行编码; I9状态信号的级别最高，I1状态 信号的级别最低。这就是优先编码功能，因此，74LS147是一 个优先编码器。,表 43,6） 数码管功能测试 将共阴极数码管的公共电极接地， 分别给ag 7个输入 端分别加上高电平，观察数码管的发亮情况，并记录输入信 号与发亮显示段的对应关系。 最后给7个输入端都加上高电 平，观察数码管的发亮情况。 7）74LS48功能试验 （1）译码功能。将 、 、BI/RBO端接高电平，输入 十进制数09中的任意一组8421码（原码

7、），则输出端ag将 得到一组相应的7位二进制代码。 如果将这组代码输入到数 码管，就可以显示出该十进制数。,（2）试灯功能。给试灯输入端 加低电平，而 BI/RBO端加高电平时，则输出端ag均为高电平。若将其 输入到数码管， 则所有的显示段都发亮。 此功能可用于 检查数码管的好坏。 （3）灭灯功能。将低电平加于灭灯输入端BI时，不 管其他输入为什么电平，所有输出端都为低电平。 将这 样的输出信号加至数码管，数码管将不发亮。,（4）动态灭灯功能。 端为灭零输入端。其作用是把数 码管显示的数字0熄。当 且DCBA=0000时， ag的输出均为低电平，数码管无任何显示。利用该灭零端， 可熄灭不需要显

8、示的多个零。 5. 实训分析 （1）从步骤3）的试验可以看出，该实训电路的功能就是 在数码管上显示出4位抢答者的号码。在该实验中我们只有 4 个输入信号，如果有 10 个输入信号，则数码管可以显示0 9十个数字。 （2）分析步骤4）中第（1）步的测试结果可知，无论哪 个输入信号为低电平，数码管将显示该输入端号码。如果所 有的输出信号都为高电平，则数码管将显示数字0。 ,（3）表4.的数据表明74LS147是将一个输入信号编成了 一组相应的二进制代码，因此称其为编码器。 （）观察步骤4）中第（3）步的结果发现，ag 7个信 号中哪个信号为高电平，数码管与之相应的那一段就会发亮。 在74LS48输

9、入端输入不同的二进制代码时 a g的输出也不同 ，数码管将显示不同的数字。ag 端的信号电平是按照输入 代码对字型的要求输出的，因此称74LS48为字符译码器。 ,4.1编 码 与 译 码,1. 编码与译码的概念 广义上讲编码就是用文字、数码或者符号表示特定的对象 例如，为街道命名、给学生编学号、写莫尔斯电码等，都是编 码。但本章所讨论的编码是指以二进制码来表示给定的数字、 字符或信息。二进制编码由于电路上容易实现，因此是目前在 数字领域中使用最多的一类编码。我们在实训 4 中采用的编码 就是二进制编码。 ,一位二进制代码叫做一个码元，它有0、1两种状态。N 个码元可以有n种不同的组合。每种组

10、合称为一个码字。用 不同码字表示各种各样的信息，就是二进制编码。 译码是编码的逆过程。在编码时，所使用的每一个码字 都表示一个确定的信号或者对象，把这些码字翻译成原来的 信息， 就是译码。 ,2. 常用编码及特点 信息的种类多种多样，用途各异，故其编码方式也不同。 下面介绍几种常用的编码及其特1） 二进制编码（1）自然二 进制编码。这种编码是按数的自然顺序进行编码的二进制码。 n位自然二进制码各位的权值分别为2n-1，2n-2， ，21, 20。每 个码字代表一个信息，共有2n个信息。4位自然二进制码如表 4.4所示。,表 4.4 位二进制码,（2）循环码。循环码又称格雷码（Gray）。 这种

11、编码 没有固定的权值，并且任意两个相邻码字之间只有1位码元 不同。有人把这种特性称为单位间距特性。 具有这种特性 的编码称为单位间距码。这类编码从编码形式上可以杜绝瞬 间状态的模糊现象，避免某些逻辑差错或者噪声。 从表4.4中可见，循环码中的每一位代码从上到下的排 列顺序是以固定周期进行循环的。其中右起第一位的循环周 期是“0110”，第二位是“00111100”，第三位是 “0000111111110000”，等等。,4位循环码以最高位0与1之间位轴对折， 除反射位外， 其它3位均互为镜像，故有时也称为反射码。 从自然二进制码可得到循环码。其转换规则是， 循环 码的第n位Gn是自然二进制码的

12、第n位Bn与第（n+1）位Bn+1 异或的结果， 即Gn=Bn Bn+1,2） 二十进制编码 数字设备多采用二进制， 而日常生活中人们多采用 十进制，这就要求对这两种进制进行转换。4位二进制数 有16种取值组合。从16种组合中取出10种表示十进制数 09的编码，就叫BCD码（Binary Coded Decimal）。不 同的挑选方法（共C106种）可组成不同的码组，在此 仅介绍几种常用码组。 ,BCD码分为有权码和无权码两种。 所谓有权码是指 每位 有固定的权值， 而无权码的每位没有固定的权值。 表4.5列出的BCD码中，8421BCD码、2421BCD码、 5421BCD是有权码，而余3码

13、、余3循环码、右移码是无 权码。 （1）8421BCD码用4位二进制数表示1位十进制数， 这4位二进制数的权分别为8、4、2、1。 （2）2421BCD码的4位二进制数的权分别是2、4、2 、1，这种BCD码的编码方案不是惟一的，表4.5中列出了 其中两种。,（3）5421BCD码的4位二进制数的权分别是5、4、2、1， 这种BCD码的编码方案也不是惟一的，表4.5中也列出了其中 两种。 （4）余3码为无权码，它是在8421BCD码的基础上加二进 制数0011（十进制数3）而得到的。 （5）余3循环码由循环码加3而成。 （6）右移码的构成方法是，令十进制数0的右移码为00000 ，而其他数的右

14、移码的右边 4 位由前一码组右移一位得到，而 最左一位则是前一码组最右一位取反的结果。 余3循环码、右移码和循环码一样，都具有单位间距特性。,表 4.5 常用BCD码,3） 字符编码 实际上通行两种字符编码, 一种是ASCII码 ,一种是ISO码。 （1）ASCII码是美国标准信息交换码, 常用于数字通信设备。 它由8位（b8 b1）二进制编码组成。第8位为奇偶校验位。若 是偶校验，就选择第8位码的取值，使b8 b1中1的个数为偶数 个。若是奇校验就使b8 b1中1的个数为奇数个。b7 b1有 27=128种码字，其中有52个大 、小写英文字母，34个控制符， 0 9十个数字，32个标点符号及

15、运算符。其编码表如表4.6所示 表4.6中控制字符的含义如表 4.7 所示。,表 4.6ASCII码,续表二,表 4.7 ASCII编码字符的含义,续表（2）,（2）ISO码是国际标准化组织编制的一组8位二进制代码， 多用于信息传输和专用的数控设备。其中第8位仍为奇偶校验 位。128种码字中，只用其中58个码字， 包括26个英文字母、 10个数字、12个符号、8个控制符号，其编码如表4.8所示。 3. 如何选择编码 不同形式的编码对构成编码电路的难易程度，传输过程中 的误码率及纠错、检错能力都有影响。 当要求信号传输或处理的错误概率小时，则应选用具有单 位间距特性的编码。因为这类编码各相邻码组

16、之间只有一位码 不同， 因此在连续传输、译码时可靠性高，能消除译码噪声引 起的逻辑错误。 ,表 4.8 ISO码,续表（2）,一般数字设备多采用8421BCD码。因而应尽量采用 8421BCD码，以免增加码制转换电路。 在处理信号时，常常需要对信号进行左、右移位。对这 类信号应尽量采用移位编码，以简化电路。 纠错编码是为了提高通信的可靠性而发展起来的，目前 也广泛用于计算机系统。为了对付信道干扰，保证数据传输 的可靠性，在发端按一定的规则往待传输的数据中加入一些 多余但又能检验的数据位(冗余位）， 使传输数据满足一定的 规律，以便于接收端检错和纠错。奇偶校验码就是一种最简 单的纠错编码。,在通信中要传输、交换信息，就会用到ASCII码或ISO码， 为了检错，要附加一位奇偶