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1、池州市职业教育中心 数字电路模块二逻辑门电路任务一“认识基本门电路”第 1 页 共 15 页模块二模块二 组合逻辑门电路组合逻辑门电路在日常生活中 ，人们经常使用十进制，且往往要进行显示，如时间、比赛 结果以及列车时刻表等，如图 3-19 所示 NBA 比赛现场 24 秒倒计时。这就是本次 任务要解决的问题，利用集成的组合逻辑电路和门电路实现十进制数的译显示， 显示十进制数示意框图如 3-20 所示。图 319 NBA 比赛现场 24 秒倒计时图 320 显示十进制数示意图任务三译码器和显示器译码器和显示器教学目标教学目标 1、了解译码器和显示器的概念，熟悉集成组合逻辑电路译码器和显示器的 工
2、作原理，掌握其应用。 2、了解一般数字集成电路芯片的外形，熟悉电路芯片的引脚功能。 3、掌握十进制数译码显示电路的安装与测试方法。工作任务池州市职业教育中心 数字电路模块二逻辑门电路任务一“认识基本门电路”第 2 页 共 15 页本次任务的目标是：熟悉常用集成组合逻辑电路译码器和数码显示器的功能， 掌握利用集成组合逻辑电路器件构成组合逻辑电路的分析和设计方法，完成十进 制数译码显示电路的设计、仿真、安装与测试。译码器的功能与编码器相反，它将具有特定含义的二进制代码按其愿意“翻 译”出来，并转换成相应的输出信号。这个输出信号可以是脉冲，也可以是电位。 译码器也叫解码器。译码器的种类很多，常见的有
3、二进制译码器、二十进制译 码器和数字显示译码器。 一一 、二进制译码器、二进制译码器 1、定义 二进制译码器:能将 n 个输入变量变换成 2n 个输出函数，且输出函数与输入 变量构成的最小项具有对应关系的一种多输出组合逻辑电路。 2、特点 二进制译码器一般具有 n 个输入端、2n个输出端和一个(或多个)使能输入 端。 在使能输入端为有效电平时，对应每一组输入代码，仅一个输出端为有效 电平，其余输出端为无效电平(与有效电平相反)。 有效电平可以是高电平(称为高电平译码)，也可以是低电平(称为低电平 译码)。 3、典型芯片 常见的 MSI 二进制译码器有 2-4 线(2 输入 4 输出)译码器、3
4、-8 线(3 输入 8 输出)译码器和 4-16 线(4 输入 16 输出)译码器等。图 321(a)、(b)所示分别是 T4138 型 3-8 线译码器的管脚排列图和逻辑符号。 图 321 3-8 线译码器 T4138 3-8 线译码器 T4138 的管脚排列图和逻辑符图中,A2、A1、A0 - 输入端；相关知识池州市职业教育中心 数字电路模块二逻辑门电路任务一“认识基本门电路”第 3 页 共 15 页Y0,Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7- 输出端； S1,S2,S3 - 使能端，作用是禁止或选通译码器。 T4138 译码器真值表如表 39 所示。输 入 S1 S2+S3 A2 A
5、1 A0输 出 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y71 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 d d d d d 1 d d d0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 由真值表可知，当 s
6、1=1,s2+s3=0 时，无论 A2、A1 和 A0 取何值，输出 Y0 、Y7 中有且仅有一个为 0(低电平有效)，其余都是 1。二、二十进制译码器二、二十进制译码器二十进制译码器的功能:将 4 位 BCD 码的 10 组代码翻译成 10 个十进制数 字符号对应的输出信号。 常用芯片 74145 是一个将 8421 码转换成十进制数字的译码器，其输入P3P0 为 8421 码，输出（低电平有效）分别代表十进制数字 09。该0Q9Q译码器的输出为低电平有效。其次，对于 8421 码中不允许出现的 6 个非法码 (10101111)，译码器输出端 Y0Y9 均无低电平信号产生，即译码器对这 6
7、 个 非法码拒绝翻译。这种译码器的优点是当输入端出现非法码时，电路不会产生错 误译码。 74145 是 BCD 码到十进制数译码器，其逻辑功能见表 39。74145 为集电极 开路输出型的电路其吸收大电流的能力较强且输出管具有高的击穿电压。 74145 的逻辑符号如图 320 所示。 表 39 74145 逻辑功能表（L 为低电平、H 为高电平）池州市职业教育中心 数字电路模块二逻辑门电路任务一“认识基本门电路”第 4 页 共 15 页图 320 74145 的逻辑图74145：4 输入 P3P0 10 输出 Q9Q0 输入高电平有效 输出低电平有效 完全译码：输入二进制数为 09 时，对应一
8、个输出为低；输入为 1015 时，输出全部为高。 三、三、 数字显示译码器数字显示译码器数字显示译码器是不同于上述译码器的另一种译码器。在数字系统中，通常 需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取处理结果，另一方面用以 *数字系统工作情况。 因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。 数字显示译码器是驱动显示器件(如荧光数码管、液晶数码管等)的核心部件， 它可以将输入代码转换成相应数字，并在数码管上显示出来。 常用的数码管由七段或八段构成字形，与其相对应的有七段数字显示译码器 和八段数字显示译码器。中规模集成电路 74LS47，是一种常用的七段显示译码器， 该电路的输出为低电平有
9、效，即输出为 0 时，对应字段点亮；输出为 1 时对应字 段熄灭。该译码器能够驱动七段显示器如图 321 显示 015 共 16 个数字的字 形。输入 A3、A2、A1 和 A0 接收 4 位二进制码，输出 Qa、Qb、Qc、Qd、Qe、Qf 和 Qg 分别驱动七段显示器的 a、b、c、d、e、f 和 g 段。七段译码显示原理图如 图 322(a)所示，图 322(b)给出了七段显示笔画与 015 共 16 个数字的对应 关系。 池州市职业教育中心 数字电路模块二逻辑门电路任务一“认识基本门电路”第 5 页 共 15 页图 320 七段译码显示管 图 321 七段译码显示原理及笔画与数字关系
10、4译码器应用举例译码器在数字系统中的应用非常广泛，它的典型用途是实现存储器的地址译 码、控制器中的指令译码、代码翻译、显示译码等。除此之外，还可用译码器实 现各种组合逻辑功能。下面 举例说明在逻辑设计中的应用。 例 1 用 3-8 线译码器 T4138 和适当的与非门实现全减器的功能。 解 全减器:能实现对被减数、减数及来自相邻低位的借位进行减法运算，产 生相减得到的差及向高位借位的逻辑电路。 令： 被减数用 Ai 表示、减数用 Bi 表示、来自低位的借位用 Gi-1 表示、差 用 Di 表示、向相邻高位的借位用 Gi 表示。可得到全减器的真值表如表 310 所 示。 表 310 全减器真值表
11、 输 入输 出输 入输 出AiBiGi-1DiGiAiBiGi-1DiGi0000010010001111010001011110000110111111由表 310 可写出差数 Di 和借位 Gi 的逻辑表达式为用译码器 T4138 和与非门实现全减器功能时，只需将全减器的输入变量 Ai Bi Gi-1 分别与译码器的输入 A2、A1、A0 相连接，译码器使能输入端 S1S2S3 接 固定工作电平，便可在译码器输出端得到 3 个变量的 8 个最小项的“非“。根据全 减器的输出函数表达式，将相应最小项的“非“送至与非门输入端，便可实现全减 器的功能。逻辑电路图如图 322 所示。 池州市职业教
12、育中心 数字电路模块二逻辑门电路任务一“认识基本门电路”第 6 页 共 15 页图 322 逻辑电路图一、原理图的绘制一、原理图的绘制 进入 Proteus ISIS 根据图 3-23 所示的十进制数显示电路原理图，从元件库 中选择对象 CD44069、74LS147、74LS247、按钮、数码显示器、电阻器等，并置 入对象选择器窗口，再放置到图形编辑窗口，在图形编辑窗口中画好原理图。软件仿真池州市职业教育中心 数字电路模块二逻辑门电路任务一“认识基本门电路”第 7 页 共 15 页图 323 十进制码显示二、仿真调试二、仿真调试单击“虚拟仪表”按钮，在对象选择器找到“DC VOLTMETER
13、(电压表)” ，添 加到原理图编辑区，按照图 324 所示布置并连接好。按下“仿真 按钮，改 变开关 S1S9 状态，观察并记录 LED 数码管的状态和各个电压表的测量值。池州市职业教育中心 数字电路模块二逻辑门电路任务一“认识基本门电路”第 8 页 共 15 页图 324 十进制数码显示仿真一、一、 目的要求目的要求1、通过实践操作，使学生增加集成逻辑电路的感性知识，从而进一步牢固 掌握编码、译码及显示电路的功能，并熟悉其应用。 2、通过实践操作，不断提高学生的基本技能和组装电路的工艺水平。 3、通过实验操作，使学生熟练掌握万用表等仪器、仪表的使用。二、二、 工具、仪表及器材工具、仪表及器材1、 工具 电子钳、电烙铁、镊子等常用电子组装工具一套。 2、 仪表 +5V 稳压电源、万用表。 3、 元件 元件明细表见表 311 表 311 元件明细表 代号名称型号、规格数量 IC1LED 数码管BS2041 IC2显示译码器74LS2471 IC3六反相器CD40691 IC410 线-4 线优先编 码器74LS1471集成电路插座16 脚2 集成电路插座14 脚1 S0S9按钮开关10 R1R7电阻器510K7
