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1、项目二 一位十进制加法计算器的逻辑电路设计与制作,任务一 BCD编码器的逻辑电路设计与制作 任务二 译码器的逻辑电路设计与制作 任务三 一位十进制加法器的逻辑电路的设计和制作 仿真演练一 七段数码管显示电路 仿真演练二 全加器,任务一 BCD编码器的逻辑电路设计与制作,【技能目标】 能设计并制作BCD码编码器。 【知识目标】 掌握编码技术。 【实践活动】 1.实践活动内容 BCD编码器实验。,下一页,任务一 BCD编码器的逻辑电路设计与制作,【实践活动】 2.实践活动任务描述 在电路输入端按下代表09的任何一个按钮开关，在输出端，LED就会显示与该十进制数对应的二进制数值。任何时刻只允许输入一
2、个有效信号。 3.实践活动要求 要求每人用逻辑门设计BCD编码器的控制电路，并在焊接板（或面包板）上将设计的电路搭建起来，然后调试并实现所要求的功能。 4.实践仪器与元件 万用表、电烙铁、按钮开关10只，红色LED4只，集成逻辑门若干，电阻、电容若干，导线，焊接板（或面包板），焊锡丝,下一页,上一页,任务一 BCD编码器的逻辑电路设计与制作,【实践活动】 5.活动提示 （1）LED正、负板间加正向电压时导通，一般电压大于2V时发光，不加电压或加反向电压时不导通，LED不亮，应与LED串联一1001000 的电阻保护LED不致因过流而损坏。 （2）10个按钮开关代表09这10个十进制数，输出4个
3、信号控制4个LED的显示。 （3）此设计为组合逻辑，用集成逻辑门实现，设计方法可见后面的知识链接。,下一页,上一页,任务一 BCD编码器的逻辑电路设计与制作,【知识链接：编码器的基本知识】 按照被编码信号的不同特点和要求，有二进制编码器、二-十进制编码器、优先编码器之分。一下着重介绍二进制编码器和BCD编码器。 1.二进制编码器 用n位二进制代码对N=2n个一般信号进行编码的电路，叫做二进制编码器。这种编码器有一个特点：任何时刻只允许输入一个有效信号，不允许同时出现两个或两个以上的有效信号，因而其输入是一组互相排斥的变量。 观以3位二进制编码器为例，分析编码器的工作原理。图2-1所示是3位二进
4、制编码的框图，它的输入是I0I7这8个高电平信号，输出是3位二进制代码Y2、Y1、Y0.为此，又把它叫做8-3线编码器。输出与输入的对应关系如表2-1所示。,下一页,上一页,任务一 BCD编码器的逻辑电路设计与制作,【实践活动】 根据以上真值表，无需绘制卡诺图，可以直接推导8-3线编码器的逻辑表达式。根据以上逻辑表达式可以绘制出8-3线编码器的逻辑电路。如图2-2。,下一页,上一页,任务一 BCD编码器的逻辑电路设计与制作,【实践活动】 2.BCD编码器 将十进制数09这10个信号编成二进制代码的电路叫二-十进制BCD编码器。它和二进制编码器特点一样，任何时刻只允许输入一个有效信号。 本项目的
5、任务是要实现一个十进制8421BCD编码器，因输入变量相互排斥，可直接列出编码表如表2-2所示。将表中各位输出码为1的相应输入变量相加，便可得到编码器的各输出表达式：根据以上逻辑表达式可以绘制出8421BCD码编码器的逻辑电路，如图2-3所示。,上一页,返 回,任务二 译码器逻辑电路设计与制作,【技能目标】 能设计并使用译码器。【知识目标】 （1）掌握编码技术。 （2）掌握集成LED译码器的使用方法。,下一页,任务二 译码器逻辑电路设计与制作,【实践活动】 1.实践活动任务描述 设计制作二-十进制译码显示电路：以七段显示译码器74LS48为核心制作十进制数译码显示电路，电路的输入端是4个74L
6、S48连接的按钮开关，通过这4个按钮开关输入一个4位二进制数，这个二进制数经74LS48译码后驱动后端的LED数码管显示对应的十进制数字。 2.实践活动要求 要求每人用74LS48译码器设计二-十进制译码显示电路，并在焊接板（或面包板）上将设计的电路搭建起来，然后调试并实现所要求的功能。,下一页,上一页,任务二 译码器逻辑电路设计与制作,【实践活动】 3.实践仪器与元件 万用表、电烙铁、七段显示译码器74LS48一片，按钮开关4只，LED4数码管1个，电阻、电容若干，导线，焊接板（或面包板），焊锡丝 4.活动提示 （1）务必详细阅读74LS48芯片说明书，正确连接按钮开关和数码管。 （2）此设
7、计为组合逻辑，用集成逻辑电路实现，设计方法可见后面的知识链接。,下一页,上一页,任务二 译码器逻辑电路设计与制作,【知识链接1：译码器的基本知识】 译码是编码的逆过程，它的功能是将具有特定含义的二进制码进行辨别，并转换成控制信号，具有译码功能的逻辑电路称为译码器。 1.二-十进制译码器 二-十进制译码器（见图2-4）是最基本的二进制译码器，它有4个输入端，需要译码的4位二进制代码从这里并行输入；有10个译码输出端。功能是将4位并行输入的二进制代码，根据译码要求，选择10输出中的一个输出译码信息。 表2-3所示为二-十进制译码器的真值表。,下一页,上一页,任务二 译码器逻辑电路设计与制作,【知识
8、链接1：译码器的基本知识】 由真值表可以推导出二-十进制译码器的逻辑表达式：根据以上逻辑表达式，可以绘制出二-十进制译码器的逻辑电路，如图2-5所示。,下一页,上一页,任务二 译码器逻辑电路设计与制作,【知识链接1：译码器的基本知识】 2.三线-八线译码器 功能是将3位并行输入的二进制代码，根据译码要求，选择8个输出中的一个输出译码信息。典型的三线-八线译码器是74LS138. 74LS138有3个地址输入端A、B、C，它们共有8种状态的组合，即可译出8个输出信号Y0Y7。 74LS138的引脚排列见图2-6，功能表见表2-4。 可用两片38线译码器74LS138构成4-16线译码器，其具体连
9、接如图2-7所示。,下一页,上一页,任务二 译码器逻辑电路设计与制作,【知识链接2：LED数码管及其驱动电路】 LED数码管（也称发光二极管数码管）是用显示数字、文字和符号的常用器件。如图2-8所示。 LED数码管根据管内PN结的连接方式不同，可分为共阴数码管和共阳数码管两种。共阴数码管就是管内所有PN结的阴极都连在一起，如图2-9（a）所示。使用时应将共阴端接低电平，阳极接显示译码器的哥哥输出端。共阳数码管就是管内所有PN结的阳极都连在一起，如图2-9（b）所示。使用时应将共阳端接高电平，阴极接显示译码器的各个输出端。,下一页,上一页,任务二 译码器逻辑电路设计与制作,【知识链接3：集成LE
10、D译码器】 集成LED译码器的功能是将输入的BCD码经过译码后，驱动LED数码管显示相应的十进制数。 1.74LS48 74LS48是一种与共阴极数码管配合使用的字符显示译码器，逻辑符号如图2-10所示。 74LS48功能表如表2-5所示。 图2-11所示是LED七段显示器和译码驱动电路连接实例。,下一页,上一页,任务二 译码器逻辑电路设计与制作,【知识链接3：集成LED译码器】 2.CD4511 CD4511是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码-七段码译码器，它具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流，可直接驱动LED显示器。 图2-
11、12描述了CD5411的引脚设置及其与LED连接的方法。其真值表见表2-6。,上一页,返 回,任务三 一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作,【技能目标】 能设计并制作一个一位十进制加法器。【知识目标】 （1）掌握加法器的相关知识。 （2）掌握组合逻辑的设计方法。,下一页,任务三 一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作,【实践活动】 1.实践活动任务描述 任务的核心是设计制作一个十进制加法器，实现个位十进制加法功能，输入为两组十进制数，输出为输入数据相加的值（不含进位位）。任务原理见图2-13. 2.实践活动要求 要求每人用逻辑门设计一位十进制加法器电路，并在焊接板（或面包板）上将设计的电路搭建起
12、来，调试并实现所要求的功能。,下一页,上一页,任务三 一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作,【实践活动】 3.实践仪器与元件 万用表、电烙铁、按钮开关若干，七段显示译码器74LS48一片，LED数码管一个，集成逻辑门若干，电阻、电容若干，导线，焊接板（或面包板），焊锡丝 4.活动提示 （1）为保证课堂效率，建议学生将前两次任务中制作的电路保留并在此次任务中直接使用。 （2）此设计为组合逻辑，用集成逻辑门实现，设计方法可见后面的知识链接。,下一页,上一页,任务三 一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作,【知识链接1：半加器与全加器的基本知识】 1.一位加法器 （1）半加器。 半加器的真值表如表2-
13、7所示。表中的A和B分别表示两个相加的一位二进制数，S是本位和，COUT是本位向高位的进位。 由真值表可以直接写出以下函数表达式：半加器的逻辑符号和逻辑图如图2-14所示。,下一页,上一页,任务三 一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作,【知识链接1：半加器与全加器的基本知识】 （2）全加器 全加器的真值表如表2-8所示。表中的A和B分别表示两个相加的一位二进制数，Cin是来自低一位向本位的进位；S是本位和；Cout是本位向高一位的进位。 由真值表可以推导出全加器的逻辑表达式：全加器的逻辑图和逻辑符号如图2-15所示。,下一页,上一页,任务三 一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作,【知识链接1：
14、半加器与全加器的基本知识】 2.多位加法器 根据电路结构的不同，常见的多位加法器分为串行进位加法器和超前进位加法器。 N位串行进位加法器由n个一位加法器串联构成，图2-16所示是一个4位串行进位加法器，用它可实现一位十进制数的加法。,下一页,上一页,任务三 一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作,【知识链接2：数据选择器、数据分配器及数值比较器】 1.数据选择器 数据选择器又称多路选择器（Multiplexer，简称MUX），其原理框图如图2-17所示。 常用的数据选择器有2选1、4选1、8选1、16选1等。图2-18所示是4选1数据选择器的逻辑图及逻辑符号。 其功能表见表2-9。,下一页,上一
15、页,任务三 一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作,【知识链接2：数据选择器、数据分配器及数值比较器】 2.数据分配器 数据分配器又称多路分配器（DEMUX），其功能与数据选择器相反，它可以将一路输入数据按n位地址分送到2n个数据输出端上。图2-19所示为2-4DEMUX的逻辑符号，其功能表如表2-10所示。 前面学习的74LS138就可以实现数据分配器功能，如图2-20所示。,下一页,上一页,任务三 一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作,【知识链接2：数据选择器、数据分配器及数值比较器】 3.数值比较器 数据比较器是用来判断输入数据大小的逻辑器件，数值比较器可以按位数分为一位数值比较器和多位数
16、值比较器，首先简要介绍一位数值比较器的功能和特点。 其真值表如表2-11所示。由真值表可以得到下列逻辑表达式：根据上面的表达式可画出如图2-21所示的逻辑电路图。,上一页,返 回,仿真演练一 七段数码管显示电路,【技能目标】 （1）学会用字信号发生器。 （2）学会编码七段数码管。 （3）进一步会用逻辑分析仪。 【知识目标】 （1）掌握数码管的编码方法。 （2）掌握字信号发生器的使用方法。,下一页,仿真演练一 七段数码管显示电路,【实践活动】 七段数码管显示仿真 （1）搭接如图2-22所示的数码管显示电路。 （2）在字信号发生器中选择模式设置（Pattern）下的左移编码（Shift Left），运行电路，观察数码管的变化，记录各字段对应的信号端口。 （3）根据字段信息，对七段数码管进行编码，使之输出字符09，并将编码填入表2-12中。将编码在字信号模型编辑区Edit处输入，送到字信号发生器的县显示区显示出来，如图2-23所示。字信号发生器设置运行的起始地址为0000、结束地址为0009；再以单调期（Burst）或循环（Cycle）方式运行电路，观察电路运行结果，并用逻辑分析仪验证电路，波形如图2-24所示。,
