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1、项目三 数码显示电路设计与装调,数码显示是电子系统中必不可少的组成单元，通过数码显示电路，可以方便我们更直观的了解电路中的参数性能等。数码显示电路的学习成为数字电子技术学习中的一个重要环节。 在本项目中，介绍了数码显示电路作为组合逻辑电路的基本特点、组合电路的基本概念和分析设计方法；介绍了组合电路中带有特征意义的编码器电路、译码器电路以及数据选择器和数据分配电路等，为本项目的实现打好坚固的理论基础，在此基础之上完成本项目的电路制作与调试。,项目要求: 实现对数字信号的数码显示功能，用组合逻辑电路的方法设计一个能够将不同数字信号分别用不同数码显示的电路。 项目目标: 掌握组合逻辑电路的功能和电路
2、结构的特点； 掌握组合逻辑电路的分析和设计方法； 掌握几种常用的组合逻辑电路的基本功能和使用方法； 运用组合逻辑电路的知识完成项目要求。,项目要求及目标：,项目简介：,在数字系统中信号都以二进制数的形式描述，并以各种编码的形态传递或保存。在本项目中，我们将数字系统中的各种数码，通过译码显示电路直观的以十进制数的形式显示出来。 数码显示电路的实现有多种途径，其基本思路就是将数字信号进行译码，将译码结果驱动七段数码显示管，显示出与输入相对应的十进制数或符号。 能实现数码显示的方法有很多种，通过本项目的各专题介绍，我们最终将给出数码显示电路的一种方案。通过这种方案的实现，可以更好的理解数码显示电路。
3、 数码显示电路在实际生活中随处可见。例如红绿灯的剩余时间显示电路，可以用数字倒计时显示出红绿灯的持续时间；医院病房中的呼叫系统中也有数码显示电路，显示呼叫的发出者的房间床号信息等。通过本项目的简单数码显示电路，大家可以自行的设计日常生活中的各种常见数码显示电路。,专题1 组合电路,专题目标： 了解组合电路的基本概念； 掌握组合逻辑电路的分析方法； 掌握组合逻辑电路的设计方法； 熟悉加法器的工作原理。,3.1.1 组合电路概念,数字电路根据逻辑功能的不同特点，可以分成两大类：一类叫组合逻辑电路（简称组合电路），另一类叫做时序逻辑电路（简称时序电路）。 在逻辑电路中，任意时刻的输出状态只取决于该时
4、刻的输入状态，而与输入信号作用之前的电路的状态无关，这种电路称为组合逻辑电路，如图所示。 由图可以看出，组合逻 辑电路可以有多个输入端， 多个输出端。,组合逻辑电路由各类最基本的的逻辑门电路组合而成。 特点： 电路的输出值只与当时的输入值有关，没有记忆功能（即电路结构中没有存储单元），输出状态随着输入状态的变化而变化，类似于电阻性电路，如加法器、译码器、编码器、数据选择器等都属于此类。,3.1.2组合逻辑电路的分析方法,组合逻辑电路的分析就是根据给定的逻辑电路，通过分析找出电路 的逻辑功能，或是检验所设计的电路是否能实现预定的逻辑功能，并对功能进行描述。其一般步骤为： 1.根据逻辑图写出输出逻
5、辑函数表达式； 2.列出真值表； 3.说明电路的逻辑功能。,【例 】：组合电路如图所示，分析该电路的逻辑功能。,【例 】：组合电路如图所示，试分析其逻辑功能。,解：(1) 由逻辑图写出逻辑表达式： （2）变换与化简：,（3）列真值表如下表3-2： （4）电路的逻辑功能：电路的 输出Y 只与输入A、B 有关，而 与输入C 无关。Y 和A、B 的逻 辑关系为：A、B 中只要一个为0， Y=1；A、B 全为1 时，Y=0。所以 Y 和A、B 的逻辑关系为与非运算 的关系。,3.1.3组合逻辑电路的设计方法,组合逻辑电路的设计，就是根据给定的逻辑要求，求出最合理的实现该逻辑功能的逻辑图。“最合理”指的
6、是：以电路简单、所用器件个数最少，而且连线最少为目标，即逻辑函数式中的乘积项的个数最少，且乘积项中变量的个数也最少。因此在设计过程中要用到前面介绍的代数法和卡诺图法来化简或转换逻辑函数。根据以上要求，设计组合逻辑电路的一般步骤大致如下： 1.根据对电路逻辑功能的要求，列出真值表； 2.由真值表写出逻辑表达式； 3.简化和变换逻辑表达式，从而画出逻辑图。,【例】设计一个三人表决电路，结果按“少数服从多数”的原则决定。 解：（1）根据设计要求建立该逻辑函数的真值表。 设三人的意见为变量A、B、C， 表决结果为函数L。对变量及函数进 行如下状态赋值：对于变量A、B、C， 设同意为逻辑“1”；不同意为
7、逻辑“0”。 对于函数L，设事情通过为逻辑“1”； 没通过为逻辑“0”。列出真值表如下 表3-3所示。,（2）由真值表写出逻辑表达式 ： 。该逻辑式不是最简。 （3）化简。由于卡诺图化简法较方便，故一般用卡诺图进行化简。将该逻辑函数填入卡诺图如图3-6所示。合并最小项，得最简与或表达式：,（4）画出逻辑图如图3-7（a）所示。 如果要求用与非门实现该逻辑电路，就应将表达式转换成与非与非表达式： 画出逻辑图如图3-7（b）所示。,【例 】用于非门设计一个楼上、楼下开关的控制逻辑电路来控制楼梯上的路灯，使之在上楼前，用楼下开关打开电灯，上楼后，用楼上开关关灭电灯；或者在下楼前，用楼上开关打开电灯，
8、下楼后，用楼下开关关灭电灯。 解： （1）列真值表： 设楼上开关为A，楼下开关为B，灯泡为Y。并设A、B闭合时为1，断开时为0；灯亮时Y为1，灯灭时Y为0。根据逻辑要求列出真值表3-4。,（2）由真值表写出逻辑表达式： （3）变换： （4）画出逻辑图如下图3-8所示。 此设计也可由异或门实现如下图3-9所示：,【例 】设计一个电话机信号控制电路。电路有I 0（火警）、I 1（盗警）和I 2（日常业务）三种输入信号，通过排队电路分别从L0、L1、L2输出，在同一时间只能有一个信号通过。如果同时有两个以上信号出现时，应首先接通火警信号，其次为盗警信号，最后是日常业务信号。试按照上述轻重缓急设计该信
9、号控制电路。要求用与非门实现。 解： （1）列真值表，如表3-5所示： 对于输入，设有信号为逻辑“1”；没信号为逻辑“0”。 对于输出，设允许通过为逻辑“1”；不设允许通过为逻辑“0”。,（2）由真值表写出各输出的逻辑表达式： 这三个表达式已经是最简，不需化简。但需要用同时非门和与门实现，且L2需用三输入端与门才能实现，故不符合设计要求。 （3）根据要求，将上式转换为与非表达式：,（4）画出逻辑图如图3-10所示。,可见，在实际设计逻辑电路时，有时并不是表达式最简单，就能满足设计要求，还应考虑所使用集成器件的种类，将表达式转换为能用所要求的集成器件实现的形式，并尽量使所用集成器件最少，就是设计
10、步骤框图中所说的“最合理表达式”。,3.1.4加法器,完成二进制数加法运算的单元电路称为加法器。在数字系统中算术运算都是利用加法进行的，因此加法器是数字系统中最基本的运算单元。由于二进制运算可以用逻辑运算来表示，因此我们可以用逻辑设计的方法来设计运算电路。加法器按照所实现的逻辑功能不同，分为半加器和全加器。,1.一位加法器,（1）半加器 半加指的是只考虑将两个二进制数相加，不考虑低位向本位的进位。实现半加逻辑功能的单元电路称为半加器。半加器不考虑低位向本位的进位，因此它有两个输入端和两个输出端。设加数（输入端）为A、B ；和为S ；向高位的进位为Co。 （2）全加器 两个多位二进制数进行加法运
11、算时，除了最低一位（可以使用半加器）以外，每一位相加时，不仅需要考虑两个加数的相加，还要考虑低一位向本位的进位，即两个加数和低一位的进位，3个数相加。这样的加法叫全加。完成全加逻辑功能的单元电路称为全加器。设一个加数为A，另一个加数为B，用Ci表示低位向本位的进位，和为S ，向高位的进位为Co。 全加和半加之间的主要区别在于半加器“两个数”，全加器“三个数”。,2.多位加法器,（1）串行进位加法器 两个多位二进制数进行加法运算时，上述的一位二进制数加法器是不能完成的，必须把多个这样的全加器连接起来使用。由全加器的串联可构成n位加法器，每个全加器表示一位二进制数据，构成方法是依次将低位全加器的进
12、位CO输出端连接到高位全加器的进位输入端CI。这种加法器的每一位相加结果都必须等到低一位的进位产生之后才能形成，即进位在各级之间是串联关系，所以称为串行进位加法器。其结构示意图如下图所示。,2.多位加法器,（2）先行进位加法器 为了提高运算速度，必须设法减小由于进位引起的时间延迟，方法就是事先由两个加数构成各级加法器所需要的进位。集成加法器74LS283就是先行进位加法器，其逻辑符号如下图所示。 74LS283执行两个4位二进制数加法， 每位有一个和输出，最后的进位C4由第4位 提供，产生进位的时间一般为22ns。 一片74LS283只能完成4位二进制数的加 法运算，但把若干片级联起来，可以构
13、成更 多位数的加法器电路。由两片74LS283级联 构成的8位加法器电路如下图所示，其中 片（1）为低位片，片（2）为高位片。同理， 可以把4片74LS283级联起来，构成16位加法 器电路。,两片74LS283构成的16位加法计数器,专题2 编码器,专题目标： 了解编码器的基本概念； 熟悉编码器的工作原理； 掌握编码器的使用方法。,专题2 编码器,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。二进制编码由于在电路上实现起来最容易，因此是目前数字领域中使用最多的一类编
14、码。我们在项目三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2n种不同的组合。每种组合称为一个码字。用不同码字表示各种各样的信息，就是二进制编码。能够完成编码工作的器件称为编码器(Encoder)。它是一种多输入，多数出的组合逻辑电路。例如计算器上的键盘编码器，按下一个按键，编码器将该键产生的信号编成相应的数码送入机器中，以便进行处理。在数字系统中广泛使用的是二进制编码器。,3.2.1二进制编码器,能够将各种输入信息编成二进制代码的电路称为二进制编码器。由于n位二进制代码可以表示2n种不同的状态，所以，2n个输入信号只需要n个输出就可以完成编码工作
15、。 由于编码器是一种多输人、多输出的组合逻辑电路，一般在任意时刻编码器只能有一个输入端有效(存在有效输入信号)。例如当确定输入高电平有效时，则应当只有一个输入信号为高电平，其余输入信号均为低电平(无效信号)。,【例】设计一个83线编码器。 解： 由题知，该电路应有八个输入端，三个输出端，是一个二进制的编码器。用X0X7表示八路输入，Y0Y2表示三路输出。原则上编码方式是随意的，比较常见的编码方式是按二进制数的顺序编码。设输入、输出信号均为高电平有效，列出8-3线编码器的真值表如表3-8所示。,由真值表可以发现：八个输入变量之间是互相排斥的关系(即一组变量中只有一个取1)，所以可以求出:,下图即
16、为分别用或门和与非门实现该逻辑功能的逻辑图。,3.2.2优先编码器,一般编码器在工作时仅允许一个输入端输入有效信号，否则编码电路将不能正常工作，使输出发生错误。而优先编码器则不同，它允许几个信号同时加至编码器的输入端，但是由于各个输入端的优先级别不同，编码器只接受优先级别最高的一个输入信号，而对其他输人信号不予考虑。,将十进制数的09编成二进制代码的电路就是二-十进制编码器。下面以项目三中采用的74LSl47二-十进制(8421)优先编码器为例加以介绍。 74LSl47编码器的功能表如下表所示。,74LSl47编码器的引脚图及逻辑符号分别如下图所示。,专题3 译码器,专题目标： 了解译码器的基本概念； 熟悉译码器的工作原理； 掌握译码器的使用方法。,译码是将给定的代码翻译成相应的输出信号或另一种形式代码的过程。能够完成译码工作的器件称为译码器。它也是一种多输入、多输出的组合逻辑电路。译码是编码的逆过程。在数字系统中，处理的是二进制代码，而人们习惯于用十进制，故常常需要将二进制代码翻译成十进制数字或字符，并直接显
