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1、项目3 数码显示器的设计与制作,任务引入： 在我们的周围，有很多数字信息需要显示出来，比如电梯、公交车等。要求设计一个数字显示电路，能够实现09的一位数的显示。,分析任务:,本次任务为设计一个数字显示电路，不仅需要译码，而且还要把结果显示出来，所以数字显示器的设计是一种把信号翻译过来并直接显示出来的电路，是一中规模组合逻辑电路的设计过程，将通过编码器、译码器、显示器等集成芯片连接成电路来实现。,项目3 数码显示器的设计与制作,任务1 编码电路 任务2译码电路 任务3显示电路 任务4相关知识扩展,任务1 编码电路,1.编码电路的作用 编码电路是把某种具有特定意义的输入信号（如数字、字符、控制信号
2、等）编成相应的若干位二进制代码来处理，并且赋于每组代码特定的含义的电路。本任务的实现，需要对一位十进制数进行编码。,2.码制和常用编码,（1）码制 码制（Code System）是指利用二进制代码表示数字或符号的编码规则。在数字化设备和系统中，二进制被广泛采用，便于实现自动化，当使用计算机进行某事件的处理时，首先必须把输入的特定信息转换成计算机所能接受的二进制数码，由此出现了编码。,（2）常用编码,1）自然二进制码。在形式上和二进制一样，把二进制数转换成十进制数就是自然二进制码和十进制数的对应关系。 2）8421BCD码。在数字电路的输入输出中普遍采用十进制数，由于十进制数码（09）不能在数字
3、电路中进行逻辑运算，必须将其转换为二进制数。这样就产生了用4位二进制数表示一位十进制数的方法，我们把这种用二进制数表示十进制数的编码方法称为二十进制码，即BCD（Binary Coded Decimal）码。,8421BCD码,8421BCD码是数字电路中常用的编码方式，是用4位二进制数表示十进制数（09）中的10个数，这4位二进制数码的“权”符合8、4、2、1的规律。 例如： 百位 十位 个位 （456）10（0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0）8421BCD 权数（8 4 2 1）102 （8 4 2 1）101 （8 4 2 1）100 （456）10（0100 0101 0
4、110）8421BCD 可见，8421BCD码是一种有权码（恒权码），从高位到低位的权分别是8、4、2、1。,（2）常用编码,3）余3BCD码。余3BCD码也是用4位二进制数0、1组合成的码，且和一位十进制数相对应，对应关系是把余3BCD码按权展开得到的十进制数减3。 4）格雷码。格雷码是控制中常用的可靠性编码，特点是每相邻的两个码之间只有一位码有差异。,各种码制和十进制数的对应关系,表3-1 常见码制与十进制数的对应关系,3.常用集成编码器介绍（芯片、真值表、功能）,按编码方式的不同，编码器分为普通编码器和优先编码器。按输出代码的不同，编码器又分为二进制编码器和非二进制编码器。 （1）普通编
5、码器 对于普通编码器来说，任何时刻只允许输入一个编码信号，否则输出就会发生混乱。n位二进制代码只能对 个信号进行编码。所以n位输出的编码器可以表示 个不同的输入信号，这种编码器称为 线-n线编码器，图3-1所示为三位二进制编码器的原理框图，有8个高电平有效的输入端 ，3个输出端 ，所以常称为8线-3线编码器。,8线-3线编码器示意图,图3-1 8线-3线编码器示意图,8线-3线编码器。在任何时刻只允许有一个信号为有效电平，输入、输出关系功能见表3-2。,表3-2 8线-3线编码器功能表,通常在表示电路图或示意图时，为高电平有效，即高电平等于逻辑1，在高电平时使能，条件为真，如图3-1所示。但有
6、的电路图或示意图中，在输入、输出端画一圆圈，则表示逻辑取反，即表示低电平有效，在低电平时使能，条件为真，如图3-3b所示。,由功能表得到相应的函数表达式为： 实现该功能的逻辑电路图如图3-2所示。,图3-2 三位二进制编码器电路图,（2）优先编码器,普通编码器因同一时刻只能输入一个信号，否则输出就会发生混乱，这点限制了它的应用，为避免这种情况，可以采用优先编码器，其特点是在多个信息同时输入时，只对输入中优先级别最高的信号进行编码。在优先编码器中优先级别高的信号排斥级别低的，即具有单方面排斥的特性。比如医院里的呼叫系统，根据病情的严重程度来进行处理，如果危重病房与普通病房同时呼叫时，只显示危重病
7、房，类似问题可以由优先编码器来解决，优先级别可由编码者规定。在此以74LS147、74LS148为例介绍优先编码器的使用方法。,1）74LS147,74LS147是将十进制数码转换为二进制代码的组合逻辑电路，是10线-4线优先编码器（8421 BCD码优先编码器），共16引脚，其引脚排列如图3-3a所示，16引脚为电源端，8引脚为接地端， 为信号输入端， 为信号输出端，输入、输出端均为低电平有效。惯用图形符号如图3-3b所示。,74LS147优先编码器,a）引脚图 b）惯用图形符号 图3-3 74LS147优先编码器,优先级别从I9至I0递降。,表3-3 74LS147功能表,从表3-3中可以
8、看出，当无信号输入时，输出端全部为高电平“1”，“1”表示无输入信号。当 输入端为低电平“0”时，无论其它输入端是否有信号，编码器的输出均为0110（1001的反码）。只有当输入信号 为高电平“1”时，才看 输入信号是否为低电平“0”，输入的优先级别从 依次递减，优先级别最低的是 ，如果 为低电平“0”，不管其余输入端是否有输入信号，输出均为十进制数8（1000）的反码0111。,2）74LS148,74LS148也是一种常用的优先编码器，为8线-3线优先编码器，其引脚排列和惯用符号如图3-4a、b所示。该编码器的输入端为 ，低电平有效，输出端为 （反码输出），也为低电平有效， 的优先级别最高
9、， 的优先级别最低。 为输入使能端（片选端），低电平有效， =0时，允许编码器编码，当 =1时，禁止编码器编码，输出均为高电平，输出信号 =0时表示编码器工作正常，而且有编码输出，输出信号 =0表示编码器正常工作但是没有编码输出，通常用于编码器的级联。表3-4为74LS148优先编码器的功能表。,74LS148,a）引脚图 b）惯用图形符号 图3-4 8线-3线优先编码器74LS148,表3-4 74LS148的功能表,4.十进制数的编码实现,（1）芯片的选择 一位十进制数，有十个数字需要表示，可以选择74LS147来实现编码。 （2）检查芯片的好坏（用试验的方法） 选好芯片后，了解其功能及引
10、脚排列后，需要检查芯片的好坏，检查方法如图3-5所示。,图3-5 74LS147试验线路,图3-6 拨码开关,拨码开关,在实际试验时十进制数的编码还可以通过拨码开关实现，如图3-6所示，拨码开关，在数字电路试验箱中经常使用，其显示的数字是十进制数，单击十进制数码下面的“+”号，十进制数加1，单击上面的“-”号，十进制数减一，该十进制数内部有编码功能，每一位向外引出四个接线端子A、B、C、D，分别对应该十进制数所对应的二进制数构成的BCD码，通常将该BCD码作为译码器的输入。在后续任务的实现中，都是采用拨码开关，作为译码器的输入，来获得十进制数的编码的。,任务2 译码电路,1.译码器 所谓译码，
11、是将二进制代码或二十进制代码，还原为它原来所代表的字符的过程，能实现译码操作的电路称为译码电路或译码器。是编码的逆过程，译码器也是一个多输入、多输出电路，它的输入是二进制代码或二-十进制代码，输出是代码所代表的字符。译码器分成三类：二进制译码器、二-十进制译码器、显示译码器。数据从计算机主机到显示器的过程就是译码的过程，就需要译码器。,2.常用译码器,（1）二进制译码器 它是将输入二进制代码“翻译”成为原来对应信息的组合逻辑电路。它有n个输入端， 个输出端。一般称为n线- 线译码器，且对应于输入代码的每一种状态，2n个输出中只有一个为1（或为0），其余全为0（或为1）。图3-7所示为3线-8线
12、译码器74LS138的引脚排列及惯用图形符号。,a）引脚排列图 b）惯用图形符号 图3-7 3线-8线译码器74LS138,3线-8线译码器74LS138,表3-5 74LS138逻辑功能表,由表3-5所示74LS138逻辑功能表可以得到其逻辑函数表达式：,（2）二-十进制译码器,把二-十进制代码翻译成10个十进制数字信号的电路，称为二-十进制译码器。也称BCD译码器。二-十进制译码器74LS42译码器的引脚排列图和惯用图形符号如图3-8所示，它有四个输入端，十个输出端，输入是十进制数的4位二进制编码（BCD码），分别用A3、A2、A1、A0表示；输出的是与10个十进制数字相对应的10个信号，
13、用 表示，低电平有效。由于二-十进制译码器有4根输入线，10根输出线，所以又称为4线-10线译码器。,a）引脚排列图 b）惯用图形符号 图3-8 二-十进制译码器74LS42,逻辑表达式为：,逻辑电路图如图3-9所示。,图3-9 74LS42二-十进制译码器逻辑图,二-十进制译码器74LS42,74LS42的功能表见表3-6。由表3-6可见：CT74LS42输入伪码10101111时，输出 都为高电平1，不会出现低电平0。因此，译码器不会产生错误译码。输出 为低电平有效。,表3-6 74LS42功能表,（3）显示译码器,在数字系统中，经常需要把处理的结果直接用十进制的形式显示出来，需要用译码器
14、、驱动器、显示器共同完成。七段显示译码器的功能是把BCD二进制代码译成对应数码管的7个字段信号，并驱动数码管，显示出相应的十进制代码。显示译码器有很多集成产品，有共阳、共阴接法两种。共阳极中如7446A/47、A74L46/47和74LS47等，其特点是集电极开路输出直接驱动指示器：试灯输入；前/后沿零灭灯控制；灯光强度调节能力；有效低电平输出；驱动器输出最大电压高，吸收电流大。共阴极中如7448、74LS48和74C48等，特点是有效高电平输出；内部有升压电阻因而无需外部电阻；试灯输入；前/后沿零灭灯控制；有灯光强度调节能力；输出最大电压5.5V，吸收电流6mA。,共阳极显示译码器7446的
15、引脚排列及惯用图形符号如图3-10所示。功能表见表3-7（见教材 ）。从表3-7中可以看到，当输入信号DCBA为00001001时，分别显示09数字信号；当输入10101110时，显示非数字信号，当输入1111时，七个显示段全暗。,a）引脚排列图 b）惯用图形符号 图3-10 七段显示译码器7446,7446译码器与共阳极数码器的连接如图3-11所示，图中，RP为限流电阻，共阳极结构的数码管需要低电平驱动才能显示。,图3-11 7446译码器与共阳极数码器的连接,共阴极数码管的译码电路74LS48的引脚与惯用图形符号如图3-12所示。共阳极结构的数码管需要高电平驱动才能显示。,a）引脚排列图
16、b）惯用图形符号,图3-12 74LS48引脚与惯用图形符号,与7446相比，其主要区别在于它是采用有效高电平输出，其内部有限流电阻，其余功能均相同。当后面接数码管时不需要外接限流电阻，但是由于74LS48拉电流能力小，灌电流能力大，一般都需外接电阻推动数码管，其接线图如图3-13所示。,图3-13 74LS48与共阴极译码器相连,3.译码电路的实现,在本次制作中以译码器74LS248为例来制作一个09一位数字的显示电路，首先查集成电路手册，了解74LS248芯片的结构与功能，其符号如图3-14所示。,图3-14 74LS248惯用符号,图3-15 74LS248译码器试验接线图,选好芯片之后，在使用前先检查其性能好坏，方法如图3-15所示。如果没有拨码开关，则可以用四位逻辑开关代替。将按图3-15
