《電工電子技術(shù)簡明教程》 課件 19 四裁判表決電路的設計與制作

1、了解組合邏輯電路的概念。2、了解集成編碼器、譯碼器的型號和應用。掌握典型集成編碼器和譯碼器的引腳功能。3、掌握組合邏輯電路的分析方法和設計方法。4、了解七段LED數(shù)碼顯示器件的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。5、通過搭接數(shù)碼顯示電路，學習應用編碼器、譯碼器和七段LED數(shù)碼管。6、實際設計制作一個四裁判表決電路。

返回主目錄任務27四裁判表決電路的設計與制作知識要點一、組合邏輯電路的分析方法當邏輯電路在任一時刻的輸出狀態(tài)僅取決于在該時刻的輸入信號，而與電路原有的狀態(tài)無關，就叫做組合邏輯電路。組合邏輯電路在結(jié)構(gòu)上是由各種門電路組成的。分析邏輯電路的目的，就是找出給定的邏輯電路的輸入、輸出變量之間的邏輯關系，寫出邏輯表達式，分析電路所具有的邏輯功能。1.組合邏輯電路的分析步驟（1）根據(jù)已知的邏輯圖寫出邏輯表達式。一般從輸入端開始，逐級寫出各個邏輯門所對應的邏輯表達式，最后寫出該電路的邏輯表達式。（2）對寫出的邏輯表達式進行化簡。一般用公式法或卡諾圖法進行化簡。（3）列出真值表，根據(jù)真值表就可以分析出電路的邏輯功能。二、組合邏輯電路的設計方法組合邏輯電路的設計就是根據(jù)實際工程對邏輯功能的要求設計出邏輯電路，要在滿足邏輯功能的基礎上，使設計出的電路達到最簡，最后畫出邏輯電路圖。1.組合邏輯電路的設計步驟設計一個組合邏輯電路，可以按照下列步驟進行：（1）認真分析實際問題對電路邏輯功能的要求，確定變量，進行邏輯賦值。（2）根據(jù)分析得到的邏輯功能列出真值表。需要指出，各變量狀態(tài)的賦值不同，得到的真值表將不同。（3）根據(jù)真值表寫出相應的邏輯函數(shù)表達式，并用公式法或卡諾圖法進行化簡，最后轉(zhuǎn)換成命題所要求的邏輯函數(shù)表達形式。（4）根據(jù)最簡邏輯函數(shù)表達式，畫出相應的邏輯電路圖。三、編碼器隨著電子技術(shù)的發(fā)展，集成邏輯電路已經(jīng)取代了分立件邏輯電路。集成組合邏輯電路種類繁多，一些特殊的邏輯電路，也可以通過這些集成組合邏輯電路的擴展和組合來加以實現(xiàn)，根本不需要自己單獨設計能夠?qū)崿F(xiàn)編碼操作過程的器件被稱為編碼器。編碼器有二進制編碼器、優(yōu)先編碼器和BCD碼編碼器等。1．二進制編碼器二進制編碼器是將2n個信號轉(zhuǎn)換成n位二進制代碼的電路。如圖19.4所示，是由與非門和非門組成的3位二進制編碼器。圖19.4三位二進制編碼器I0—I7是八個需要編碼的輸入信號，Y2、Y1、Y0為輸出的三位二進制代碼。由圖19.6可寫出該編碼器的輸出邏輯表達式：由編碼器的輸出邏輯表達式可以得到三位二進制編碼器的真值表，如表19.4所示。輸入輸出I7I6I5I4I3I2I1

I0Y2Y1Y00000000100000010000001000000100000010001001000000100000010000000000011110011001101010101表19.4三位二進制編碼器的真值表由真值表可知，當I1—I7均為0時，輸出就是對I0的編碼，所以在電路中未畫出I0端。該電路又稱為八線——三線編碼器。2．優(yōu)先編碼器二進制編碼器要求輸入信號必須是互相排斥的，既同時只能對一個輸入信號進行編碼。而在實際問題中，經(jīng)常會遇到同時有多個輸入信號的情況。例如火車站有特快、快速和普客三列旅客列車同時請求開車，而在同一時刻，車站只能允許一列列車開出。這類問題可由優(yōu)先編碼器來解決。優(yōu)先編碼器允許電路同時輸入多個信號，而電路只對其中優(yōu)先級別最高的信號進行編碼。3．BCD編碼器BCD編碼器是對輸入的十進制數(shù)0—9進行二進制編碼。如圖19.5所示，是集成8421BCD碼編碼器74LS147的邏輯圖、外引線排列圖和符號圖。74LS147有9個輸入端I(—)1—I(—)9，輸入低電平有效，I(—)9的優(yōu)先級最高；4個輸出端：Y(—)3—Y(—)0，輸出端也是低電平有效。圖19.5BCD8421優(yōu)先編碼器74LS147四、譯碼器譯碼是編碼的逆過程，也就是將二進制代碼翻譯成原來信號的過程，能完成這一任務的電路稱為譯碼器。例如數(shù)控機床中的各種操作，如移位、進刀、轉(zhuǎn)速選擇等，都是以二進制代碼的形式給出的。如規(guī)定“100”表示移位，“011”表示進刀，“010”表示轉(zhuǎn)速選擇等等，都需要譯碼器將其代碼轉(zhuǎn)換為特定指令，指揮機床正確運行。譯碼器可分為二進制譯碼器、BCD譯碼器和數(shù)碼顯示譯碼器三種。1．二進制譯碼器二進制譯碼器又稱為變量譯碼器，是用于把二進制代碼轉(zhuǎn)換成相應輸出信號的譯碼器。常見的有二輸入—-四輸出譯碼器（簡稱2線-4線譯碼器）、3線-8線譯碼器、4線-16線譯碼器等。74LS138是集成3線-8線譯碼器，其邏輯圖如圖19.6所示。圖19.6集成3線-8線譯碼器74LS138該譯碼器共有三個輸入端：A0、A1、A2，輸入高電平有效；有八個輸出端：Y(—)0—Y(—)7，輸出低電平有效。三個使能端：SA、S(—)B、S(—)C，當SA=0或S(—)B+S(—)C=1時，譯碼器不工作，輸出端全部為1；當SA=1且S(—)B+S(—)C=0時，譯碼器工作。2．BCD碼譯碼器BCD碼譯碼器是能將BCD代碼轉(zhuǎn)換成一位十進制數(shù)的電路，常見的有8421BCD碼譯碼器、余3碼譯碼器等。圖19.7是8421BCD碼譯碼器74LS42的邏輯圖、外引線圖和符號。該譯碼器有四個輸入端：A3、A2、A1、A0，按8421編碼輸入數(shù)據(jù)，高電平有效；有十個輸出端：Y(—)0～Y(—)9，分別對應于十進制數(shù)：0～9，低電平有效。例如當：A3A2A1A0=0000時，輸出端：Y(—)0=0，其余輸出端均為1；當：A3A2A1A0=0001時，輸出端：Y(—)1=0，其余輸出端均為1。表19.5是74LS42的真值表。由真值表可見，當A3A2A1A0輸入為：1010～1111時，輸出端：Y(—)0～Y(—)9均為1，表示無輸入信號，這說明74LS42能自動拒絕無效編碼。圖19.7譯碼器74LS42十進制數(shù)輸入輸出A3A2A1A0Y(—)0Y(—)1Y(—)2Y(—)3Y(—)4Y(—)5Y(—)6Y(—)7Y(—)8Y(—)9012345678900000000110000111100001100110001010101010111111111101111111111011111111110111111111101111111111011111111110111111111101111111111011111111110無效碼111111001111110011010101111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111表19.58421BCD碼譯碼器74LS42的真值表3．數(shù)碼顯示譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中常常需要把處理或測量的結(jié)果直接用十進制數(shù)的形式顯示出來，因此，數(shù)字顯示電路是許多電子設備不可缺少的組成部分。數(shù)字顯示電路由譯碼器、驅(qū)動器和顯示器組成，將輸入代碼直接譯成數(shù)字、文字和符號，并加以顯示。數(shù)字顯示器件常用的有熒光顯示器、輝光顯示器、LED（半導體發(fā)光二極管）顯示器，近十年來，液晶顯示器和等離子顯示器已經(jīng)得到廣泛的使用。LED顯示器是一種七段顯示器，它由七個發(fā)光二極管封裝而成，如圖19.8（a）所示。七段的不同組合能顯示出十個阿拉伯數(shù)字，如圖19.8（b）所示。LED顯示器有兩種形式，即共陰極接法和共陽極接法，如圖19.9(a)、(b)所示。采用共陰極的LED顯示器時，應將高電平經(jīng)過外接的限流電阻接到顯示器各段的陽極，使顯示器發(fā)光；而采用共陽極的LED顯示器時，則應將LED顯示器的各個陰極接在低電平，使顯示器發(fā)光。圖19.8七段LED顯示器顯示的數(shù)字

圖19.9七段發(fā)光二極管的兩種形式(a)共陰極接法(b)共陽極接法LED顯示器的優(yōu)點是工作電壓低，體積小，機械強度高，可靠性強，使用壽命長（1000小時），響應速度快(1—100ns)，顏色豐富（有紅、綠、橙、藍等顏色）。集成譯碼器74LS48能將輸入的8421BCD碼譯成七段LED顯示器所需要的七位輸入代碼，圖19.10是其邏輯圖、外引線排列圖和符號圖。譯碼器正常工作時，輸入和輸出均是高電平有效。五、集成存儲器與非門、反相器等門電路屬于小規(guī)模集成電路（SSI），編碼器和譯碼器都屬于中規(guī)模集成電路（MSI）。一個復雜的數(shù)字系統(tǒng)，往往需要很多片SSI、MSI器件，這就造成了設備的體積大、功耗大、成本高、可靠性差等缺陷，因此，在大型設備中，通常使用大規(guī)模集成電路（LSI）和超大規(guī)模集成電路（VLSI）。集成存儲器就屬于大規(guī)模集成電路。1．半導體存儲器圖19.10集成七段顯示譯碼器2.存儲器的兩個重要指標存儲器的存儲容量和存儲時間是反映其性能的兩個重要指標。存儲容量是指它所能容納的二進制信息量。存儲器的存儲容量等于存儲單元的地址數(shù)N與所存儲的二進制信息的位數(shù)M之積。如果存儲器地址的二進制數(shù)有n位，則存儲器地址數(shù)是N=2n。存儲器的容量越大，存放的數(shù)據(jù)越多，系統(tǒng)的功能就越強。存儲器的存儲時間用讀/寫周期來描述，讀/寫周期越短，存儲器的工作速度就越快。3.半導體存儲器的種類半導體存儲器的種類很多，按元件的類型來分，有雙極型和MOS型兩大類；按存取信息的方式來分，可分為只讀存儲器（ROM）和隨機存取存儲器（RAM）。（1）只讀存儲器ROMROM主要由地址譯碼器、存儲矩陣及輸出緩沖器組成，如圖19.11所示。存儲矩陣是存放信息的主體，它由許多存儲元排列而成，每個存儲元存放一位二進制數(shù)。A0—An-1是地址譯碼器的輸入端，地址譯碼器共有W0—W2n-1個輸出端。輸出緩沖器是ROM的數(shù)據(jù)讀出電路，通常用三態(tài)門構(gòu)成，它可以實現(xiàn)對輸出端的控制，而且還可以提高存儲器的帶負載能力。ROM中存放的數(shù)據(jù)不能改寫，只能在生產(chǎn)器件時將需要的數(shù)據(jù)存放在器件中。由于不同場合需要的數(shù)據(jù)各不相同，就給這種器件的大規(guī)模生產(chǎn)帶來了一定困難。圖19.11只讀存儲器ROM的結(jié)構(gòu)（2）可編程只讀存儲器PROM可編程只讀存儲器PROM是一種通用器件，用戶可以根據(jù)自己的需要，借助一定的編程工具，通過編程的方法將數(shù)據(jù)寫入芯片。PROM只可以進行一次編程，并且經(jīng)過編程后的芯片仍然是只能讀出，不能寫入。（3）可擦除可編程的只讀存儲器EPROMEPROM是一種可以將數(shù)據(jù)多次擦除和改寫的存儲器。早些年生產(chǎn)EPROM采用紫外線照射來擦除芯片中已存的內(nèi)容。在EPROM集成電路封裝的頂部中央有一個石英窗，平時石英窗應用黑色膠帶粘貼，以防數(shù)據(jù)丟失。擦除EPROM中的內(nèi)容時，將膠帶取下，把器件放在專用的紫外線燈下照射約20分鐘即可。這種器件現(xiàn)在已經(jīng)淘汰，取而代之的是電擦除存儲器，現(xiàn)在生產(chǎn)的EPROM均采用電擦除，使用特別方