學(xué)習(xí)情景6-加法器的邏輯電路設(shè)計與制做

學(xué)習(xí)情景六

加法器的邏輯電路設(shè)計與制作學(xué)習(xí)情景六

加法器的邏輯電路設(shè)計與制作【學(xué)習(xí)目標(biāo)】技能目標(biāo)

1.學(xué)會設(shè)計與制作BCD編碼器的邏輯電路；2.學(xué)會設(shè)計與制作譯碼器的邏輯電路；3.了解驅(qū)動顯示器的設(shè)計與制作過程；4.學(xué)會設(shè)計與制作一位二進制加法器的邏輯電路；5.學(xué)會設(shè)計與制作一位十進制加法器的邏輯電路。知識目標(biāo)

1.了解數(shù)制、數(shù)制轉(zhuǎn)換及表示方法；2.了解編碼的方法和特點；3.掌握編碼器的工作原理及設(shè)計與制作方法；4.掌握一位二進制、一位十進制加法器的工作原理、電路設(shè)計與制作。任務(wù)6.1

BCD編碼器的邏輯電路設(shè)計與制作【任務(wù)描述】

BCD編碼器是把十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制代碼的一種組合性網(wǎng)絡(luò)電路，是集成數(shù)字電路的主要元件。掌握編碼器的邏輯電路設(shè)計與制作方法是工程技術(shù)人員的基本技能與素質(zhì)。

【任務(wù)分析】

①了解數(shù)制、數(shù)制轉(zhuǎn)換及表示方法；②掌握編碼的方法；③學(xué)會設(shè)計與制作BCD編碼器的邏輯電路。

【知識準(zhǔn)備】1.數(shù)制與編碼

（1）數(shù)制數(shù)制就是計數(shù)的方法日常生活中采用十進制，它有10個數(shù)碼，即0、，用來組成不同的數(shù)，其進位規(guī)則是逢十進一。在數(shù)字電路中一般采用二進制數(shù)，有時也采用八進制數(shù)和十六進制數(shù)。對于任何一個數(shù)，可以用不同的數(shù)制來表示。一種數(shù)制所具有的數(shù)碼個數(shù)稱為該數(shù)制的基數(shù)，該數(shù)制中不同位置上數(shù)碼的單位數(shù)值稱為該數(shù)值的位權(quán)或權(quán)。十進制的基數(shù)為10，十進制整數(shù)中從個位旗各位的權(quán)分別為100、101.102.…?；鶖?shù)和權(quán)是數(shù)制的兩個要素。利用基數(shù)和權(quán)，可以將任何一個數(shù)表示成多形式的形式。例如十進制的308可以表示成：（308）10=3*102+0*101+8*100二進制的基數(shù)為2，只有0、1兩個數(shù)碼，進位規(guī)則是逢二進一，即1+1=10。二進制整數(shù)中從個位起各位的權(quán)分別是20、21.22.…。例如：（110101）2=1*25+1*24+0*23+1*22+0*21+1*20=（51）10這樣可以把任意一個二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)可采用除2取余法。其方法是將十進制整數(shù)連續(xù)除以2，求得各次的余數(shù)，直到商為0為止，然后將先得到的余數(shù)列在低位、后得到的余數(shù)列在高位，即得二進制數(shù)。例如，將十進制整數(shù)56轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)：

2|28------0低位2|14------0

2|7------02|3------1

2|1------10------1高位所以，（56）10=（111000）2.十六進制的基數(shù)為16，采用的16個數(shù)碼為0、、B、C、D、E、F，其中A、B、C、D、E、F分別代表，進位規(guī)則為逢十六進一。十六進制整數(shù)中從個位起各位的權(quán)分別為160、161.162.…。同樣，將任何一個十六進制整數(shù)按基數(shù)和權(quán)表示為多項式然后求和，即可轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)，例如：（5DF）16=5*162+13*161+15*160=(1503)10

每一個十六進制數(shù)碼可以用4位二進制數(shù)表示，（1001）2表示十六進制的9，（1101）2表示十六進制的D。表6-1列出了十進制、二進制、十六進制數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系。將二進制整數(shù)十六進制數(shù)，從低位開始，每4位為一組轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的十六進制數(shù)即可。例如：（1110011101）2=（39D）16將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)，可先轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)，再由二進制轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)。例如：（82）10=（1010010）2=（52）16表6-1幾種進制數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系十進制數(shù)二進制數(shù)十六進制數(shù)012345678910111213141500000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110123456789ABCDEF

每一個十六進制數(shù)碼可以用4位二進制數(shù)表示，如（1001）2表示十六進制的9，（1101）2表示十六進制的D。表6-1-1列出了十進制、二進制、十六進制數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系。將二進制整數(shù)十六進制數(shù)，從低位開始，每4位為一組轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的十六進制數(shù)即可。例如：（1110011101）2=（39D）16將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)，可先轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)，再由二進制轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)。例如：（82）10=（1010010）2=（52）162.編碼

數(shù)字電路中處理的信息除了數(shù)值信息外，還有文字、符號以及一些特定的操作。為了處理這些信息，必須將這些信息用二進制數(shù)碼來表示。這些特定的二進制數(shù)碼稱為這些信息的代碼。這些代碼的編制過程稱為編碼。在數(shù)字電子計算機中，十進制數(shù)除了轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)參加運算外，還可以直接用十進制數(shù)進行輸入和運算。其方法是及將十進制的十個數(shù)碼分別用4位二進制代碼表示，這種編碼稱為二—十進制編碼，也稱BCD碼。BCD碼有很多形式，常用的有8421碼、余3碼、格雷碼、2421碼、5421碼等等，如表6-2所示。表6-2常用的BCD碼十進制數(shù)8421碼余3碼格雷碼2421碼5421碼012345678900000001001000110100010101100111100010010011010001010110011110001001101010111100

000000010011001001100111010101001100110100000001001000110100101111001101111011110000000100100011010010001001101010111100

權(quán)8421

在8421碼中，10個十進制數(shù)碼與二進制數(shù)一一對應(yīng)，即用二進制數(shù)的0000…1001來分別表示十進制數(shù)的0—9.8421碼是一種有權(quán)碼，各位的權(quán)從左到右分別為，所以根據(jù)代碼的組成可以知道代碼所代表的十進制數(shù)的值。設(shè)8421碼的各位分別為a3.a2.a1.a0,則它所代表的十進制數(shù)的值為：N=8a3+4a2+2a1+1a08421碼與十進制之間的轉(zhuǎn)換只要直接按位轉(zhuǎn)換即可。例如：（853）10=（100001010011）8421（011101001001）8421=（749）108421碼只利用了4為二進制數(shù)的16種組合0000～1111中的前10種組合0000～1001，其余6種組合1010～1111是無效的。從16種組合中選取10種組合方式的不同，可以得到其他二—十進制碼，如2421碼、5421碼等。余3碼由8421碼加3（0011）得來的，這是一種無權(quán)碼。

格雷碼的特點是從一個代碼變?yōu)橄噜彽牧硪粋€代碼時只有一位發(fā)生變化。這是考慮到信息在傳輸過程中可能出錯，為了減少錯誤而研究出的一種編碼形式。例如，當(dāng)將代碼0100誤傳為1100時，格雷碼只不過是十進制數(shù)7和8之差，二進制數(shù)碼則是十進制數(shù)4和12之差。格雷碼的缺點是與十進制數(shù)之間存在規(guī)律性的對應(yīng)關(guān)系。2.編碼器實現(xiàn)編碼操作的電路稱為編碼器。(1)二進制編碼器用n位二進制代碼來表示N=2n個信號的電路稱為二進制編碼器。二進制編碼器輸入有N=2n個信號，輸出為n位二進制代碼。根據(jù)編碼器輸出代碼的位數(shù)，二進制編碼器可分為3位二進制編碼器、4位二進制編碼器等。3位二進制編碼器是把8個輸入信號I0、I1.I2.I3.I4.I5.I6.I7編成對應(yīng)的3位二進制代碼輸出。因為輸入有8個信號，要求有8種狀態(tài)，所以輸出的是3位（2n=8）,n=3)二進制代碼。

三位二進制代碼表示8個信號的方案很多，先分別用000、、表示I0、I1.I2.I3.I4.I5.I6.I7。。。。由于編碼器在任何時刻只能對一個輸入信號進行編碼，即不允許有兩個或兩個以上輸入信號同時存在的情況出現(xiàn)，也就是說I0、I1.I2.I3.I4.I5.I6.I7。是一組互相排斥的信號，因此真值表可以采用簡化形式，如表6-3所示。表6-3三位二進制編碼器的編碼表輸入輸出Y2Y1Y0I0I1I2I3I4I5I6I7000001010011100101110111

由于I0、I1.I2.I3.I4.I5.I6.I7是互相排斥，所以只需要將使函數(shù)值為1的變量加起來，便可以得到相應(yīng)的輸出信號的與或表達式，即：Y2=I4+I5+I6+I7Y1=I2+I3+I6+I7Y0=I1+I3+I5+I7邏輯圖6-1所示，圖中I0的編碼是隱含著的，即當(dāng)I0、I1.I2.I3.I4.I5.I6I7。均為無效狀態(tài)時，編碼器的輸出就是I0的編碼。

圖6-13位二進制編碼器表6-48421BCD碼編碼器的真值表(2)二—十進制編碼器將十進制的10個數(shù)碼0、1.2.3.4.5.6.編成二進制代碼的邏輯電路稱為二—十進制編碼器。其工作原理與二進制編碼器并無本質(zhì)區(qū)別。因為輸入10個數(shù)碼，要求有10種狀態(tài)，而3位二進制代碼只有8種狀態(tài)需用4位（2n＞10,取n=4）二進制代碼。設(shè)輸入的10個數(shù)碼分別用I0、I1.I2.I3.I4.I5.I6.I7.I8.I9表示，輸出的二進制代碼分別為Y3.Y2.Y1.Y0，采用8421碼，則真值表如表6-4表示。輸入

輸出IY3Y2Y1Y00(I0)1(I1)2(I2)3(I3)4(I4)5(I5)6(I6)7(I7)8(I8)9(I9)0000000100100011010001010110011110001001由真值表可直接寫出各輸出函數(shù)的邏輯表達式為：Y3=I8+I9Y2=I4+I5+I6+I7Y1=I2+I3+I6+I7Y0=I1+I3+I5+I7+I9

邏輯圖如圖6-2所示，其中I0也是隱含著的。圖6-1-28421編碼器(3)優(yōu)先編碼器

前面介紹的編碼器，輸入信號都是互相排斥的。在優(yōu)先編碼器中則不同，允許幾個信號同時輸入，但是電路只對其中優(yōu)先級別最高的進行編碼，不理睬級別低的信號，或者說級別低的信號不起作用，這樣的電路叫做優(yōu)先編碼器。也就是說，在優(yōu)先編碼器中是優(yōu)先級別高的信號排斥級別低的，即具有單方面排斥的特性。至于優(yōu)先級別的高低，則完全是由設(shè)計者根據(jù)各個輸入的輕重緩急情況決定的。三位二進制編碼器的輸入是8個要進行優(yōu)先編碼的信號I0～I7，設(shè)I7的優(yōu)先級別最高，I6次之，以此類推，I0最低，并分別用000、001.…、111表示I0、I1.…、I7。根據(jù)優(yōu)先級別高的信號排斥級別低的特點，即可列出優(yōu)先編碼器的簡化真值表，即優(yōu)先編碼表，如表6-5所示。表中的“×”表示變量的取值可以任意，即可為0，也可為1。表6-5三位二進制優(yōu)先編碼表輸入輸出I7I6I5I4I3I2I1I0Y2YIY01×××××××01××××××001×××××0001××××00001×××000001××0000001×00000001111110101100011010001000由表直接可得：Y2=I7+=I7+I6+I5+I4Y1==I7+I6+Y0=I7+=I7+I6I5根據(jù)上述表達式即可畫出如圖6-3所示邏輯圖，其中I0的編碼也是隱含的。圖6-3三位二進制優(yōu)先編碼器

因為三位二進制優(yōu)先編碼器有8個輸入編碼信號線、3根輸出代碼信號線，所以又叫做8線—3線優(yōu)先編碼器。如果要求輸出、輸入均為反變量，即低電平有效，則只要在圖6-3中的每一個輸出端都加上反相器就可以了?！救蝿?wù)實施】

制作一個編碼器1.實施地點：電子技術(shù)實訓(xùn)室2.實訓(xùn)所需材料：（十進制——BCD）編碼器、74LS147.直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字萬用表、示波器等。3.實施內(nèi)容與步驟：4.學(xué)員分組：（1）4人左右一組，指定組長。工作始終各組人員盡量固定。（2）教師布置工作任務(wù)。學(xué)生閱讀工作任務(wù)書，了解工作內(nèi)容，明確工作目標(biāo)，制定實施方案。（3）實際進行設(shè)計與制作一個將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的8421BCD碼的編碼器：①列出十進制數(shù)與8421碼之間關(guān)系的真值表。表6-68421BCD編碼器的真值表十進制數(shù)輸入變量8421BCD碼DCBA0I000001I100012I200103I300114I401005I501016I601107I701118I810009I91001②根據(jù)上表，寫出邏輯函數(shù)表達式。D=I8+I9C=I4+I5+I6+I7B=I2+I3+I6+I7A=I1+I3+I7+I9③根據(jù)邏輯表達式，畫出邏輯圖6-4。

圖6-48421編碼器邏輯圖④分析邏輯功能：當(dāng)某一位十進制數(shù)進行編碼時，將單刀多擲開關(guān)撥向該輸入端，與電源接通，即高電平為1，其余輸入端接地，即低電平為0.例如，對十進制數(shù)6進行編碼，則開關(guān)S投向輸入端6，邏輯圖的輸出端D、C、B、A的電平為0、，所以6的編碼為0110。⑤驗證編碼器的邏輯功能將10線—4線(十進制-BCD碼)編碼器74LS147插入IC空插座中，管腳排列如圖6-5所示。按照圖6-6接線，其中輸入端1-9通過開關(guān)接高低電平（開關(guān)開為1，關(guān)為0），輸出端QD、QC、QB、QA接LED發(fā)光二極管。接通電源，按表6-6輸入各邏輯電平，觀察輸出結(jié)果并紀錄在表6-7中。圖6-574LS147管腳排列圖圖6-6（10線—4線）編碼器電路原圖⑥輸出結(jié)果與設(shè)計結(jié)果進行比較。表6-7十進制-BCD編碼器功能表輸入輸出123456789QDQCQBQA11111111××××××××0×××××××01××××××011×××××0111××××01111×××011111××0011111×011111111111注：×為狀態(tài)隨意?！緦W(xué)習(xí)小結(jié)】

(1)按進位的原則進行計數(shù)，稱為數(shù)制，常用數(shù)制有十、二、十六進制。各數(shù)制之間可以相互轉(zhuǎn)換。(2)日常生活中使用十進制，但在數(shù)字電路中，由于電信號是不連續(xù)的脈沖信號，因此可用二進制數(shù)碼“1”和“0”表示。在計算機系統(tǒng)中，有時也使用八進制或十六進制。任意進制的數(shù)按基數(shù)和權(quán)展開為多項式即可展開為多項式。將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)可采用除2取余法。(3)二進制數(shù)碼不僅可以表示數(shù)值，而且可以表示符號及文字。BCD碼是用4位二進制數(shù)碼代表1位十進制數(shù)的編碼。BCD碼的形式多種，最常見的是8421碼。(4)編碼器可將十進制數(shù)、符號、指令等可轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)碼?！咀晕以u估】

(1)將十進制數(shù)3183轉(zhuǎn)換成二進制和十六進制數(shù)。(2)將下列各數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)：（110）2,(1101)16。(3)將二進制數(shù)110111.1001101分別轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)和十六進制數(shù)。(4)將十進制數(shù)4876轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)碼及8421碼。(5)有一個數(shù)碼為1101001001作為二進制數(shù)碼或8421碼時，其相應(yīng)的十進制數(shù)各為多少?(6)將下列二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。

①1101②1110110010.1011③111101.00107.根據(jù)邏輯函數(shù)的真值表（見下表），分別寫出它們的邏輯表達式，并畫出對應(yīng)的邏輯圖。ABF1F2F300001010101001011111[評價標(biāo)準(zhǔn)】按表6-8進行考核表6-8任務(wù)一BCD編碼器的設(shè)計與制作考核表考核內(nèi)容內(nèi)容配分考核要求扣分標(biāo)準(zhǔn)組號扣得分組號

扣得分實訓(xùn)態(tài)度實訓(xùn)的積極性；安全操作規(guī)程的遵守情況；紀律遵守情況。30積極參加實訓(xùn)，遵守安全操作規(guī)程和勞動紀律，有良好的職業(yè)道德和敬業(yè)精神。違反操作規(guī)程扣20分；不遵守勞動紀律扣10分。16

27

38

49

510

設(shè)計與制作三位二進編碼器1.列出三位二進制編碼器的編碼表（真值表）；2.根據(jù)真值表，寫出邏輯表達式；3．根據(jù)邏輯表達式，畫出邏輯圖；4.分析邏輯功能。70能列出真值表，寫出邏輯表達式，畫出邏輯表達式，并能說出邏輯功能。1.能列出真值表為10分；2．寫出邏輯表達式為20分；3．畫出邏輯圖為30分；4．分析邏輯功能為10。16

27

38

49

510

合計10016

27

38

49

510

【任務(wù)描述】

譯碼是編碼的逆過程，它是把輸入的二進制代碼的特定含義翻譯出來的過程。實現(xiàn)譯碼操作的電路稱為譯碼器。譯碼器就是把一種代碼轉(zhuǎn)換為另一種代碼的電路?！救蝿?wù)分析】①了解譯碼器的電路原理及種類；②掌握8421BCD碼譯碼器的設(shè)計過程；③會設(shè)計與制作譯碼器的邏輯電路?！局R準(zhǔn)備】

任務(wù)6.2譯碼器的邏輯電路設(shè)計與制作譯碼是編碼的逆過程。在編碼時，每一種二進制代都賦予了特定的含義，即都表示了確定的信號或者對象把代碼狀態(tài)的特定含義翻譯出來的過程為譯碼，實現(xiàn)譯碼操作的電路稱為譯碼器。譯碼的種類很多，但各種譯碼器的工作原理類似，設(shè)計方法也相同。1.二進制譯碼器

把二進制代碼的各種狀態(tài)，按照其原意翻譯成對應(yīng)輸出信號的電路，稱為二進制譯碼器。顯然，若二進制譯碼器的輸入端為n個，則輸出端為N=2n個，且對應(yīng)輸入代碼的每一種狀態(tài)，2n個輸出只有一個為1（或為0），其余全為0（或為1）。因為二進制譯碼器可以譯出輸入變量的全部狀態(tài)，故又稱為變量譯碼器。設(shè)輸入的是3位二進制代碼A2A1A0,由于n=3,而三位二進制代碼可表示8種不同的狀態(tài)，所以輸出的8個譯碼信號，設(shè)8個輸出信號分別為Y0、Y1.…、Y7。根據(jù)二進制譯碼器的功能，可列出三位二進制譯碼器的真值表，如表6-9所示。表6-93位二進制譯碼器的真值表輸入輸出A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70000010100111001011101111000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000001

從真值表可知，對應(yīng)于一組變量輸入，在8個輸出中只有1個為1，其余7個為0.因為輸入端3個，輸出端8個，故稱為3線-8線譯碼器，也稱為3變量譯碼器。由真值表可直接寫出各輸出信號的邏輯表達式：Y0=Y0=Y4=

Y1=Y5=Y2=Y6=Y3=Y7=

根據(jù)這些邏輯表達畫出的邏輯圖見圖6-7所示，由于譯碼器各個輸出信號表達式的基本形式是有關(guān)輸入信號的與運算，所以它的邏輯圖是由與門組成的陣列，這也是譯碼器基本電路結(jié)構(gòu)的一個顯著特點。如果把圖6-7所示電路的與門換成與非門，那么所得到的就是與非門構(gòu)成的輸出為反變量（低電平有效）的3位二進制譯碼器。圖6-73位二進制譯碼器的邏輯圖2.二—十進制譯碼器

把二—十進制代碼譯成10個十進制數(shù)字信號的電路，稱為二—十進制譯碼器。二—十進制譯碼器的輸入是十進制數(shù)的4位二進制編碼，分別用A3.A2.A1.A0表示；輸出的是與10個十進制數(shù)字相對應(yīng)的10個信號，用Y9—Y0表示。由于二—十進制譯碼器有4根輸入線，10根輸出線，所以又稱為4線—10線譯碼器。8421譯碼器的真值表如表6-10所示。表6-2-28421BCD碼譯碼器的真值表輸入輸出A3A2A1A0Y9Y8Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y000000001001000110100010101100111100010010000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000000由表6-10可得各輸出函數(shù)的邏輯表達式分別為：Y0=

Y1=

Y2=Y3=

Y4=Y5=

Y6=

Y7=

Y8=

Y9=由這些表達式畫出的邏輯圖如圖6-8所示。如果需要輸出為反變量，即低電平有效，則只需將圖6-8所示電路中的與門換成與非門即可。圖6-88421BCD譯碼器的邏輯圖

【任務(wù)實施】

實際設(shè)計一個二—十進制BCD代碼的譯碼器并驗證實施地點：電子技術(shù)實訓(xùn)室實訓(xùn)所需材料：①74LS138譯碼器；②數(shù)字萬用表；③示波器；④直流電壓源

⑤譯碼器的邏輯圖3.實施內(nèi)容與步驟：①學(xué)員分組：

4人左右一組，指定組長。工作始終各組人員盡量固定。②教師布置工作任務(wù)。學(xué)生閱讀工作任務(wù)書，了解工作內(nèi)容，明確工作目標(biāo)，制定實施方案

。

③教師通過圖片、實物或多媒體分析演示讓學(xué)生了解譯碼器的原理，或指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。4.實際設(shè)計一個二—十進制BCD代碼的譯碼器并驗證其邏輯功能①

分析要求

。輸入是一組3位二進制代碼，輸出是與代碼狀態(tài)相對應(yīng)的8個信號。示意圖如圖6-9所示

圖6-9設(shè)計要求示意圖②列出真值表。如表6-11所示

表6-114位二進制8421BCD碼譯碼器的真值表輸入輸出ABCY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y00000010100111001011101110000000100000010000001000000100000010000001000000100000010000000③

寫出邏輯表達式并進行化簡。

Y0=Y1=

Y2=Y3=

Y4=Y5=Y6=

Y7=畫出邏輯圖如下：如圖6-10所示圖6-10邏輯圖⑤驗證其邏輯功能。將BCD碼—十進制譯碼器74LS145插入IC空插座中，其管腳排列圖如圖6-11所示。按圖6-12接線，輸入端A0、A1.A2.A3接8421撥碼開關(guān)，輸出端接LED發(fā)光二極管。接通電源，撥動撥碼開關(guān)，觀察輸出LED發(fā)光二極管是否和撥碼開關(guān)所指示的十進制數(shù)字一致。⑥將實測結(jié)果和理論推導(dǎo)進行比較。圖6-1174LS145管腳排列圖

圖6-12BCD碼—十進制譯碼器電路原理圖【學(xué)習(xí)小結(jié)】譯碼器是一種多輸出電路。它把輸入的二進制信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的輸出信號，在中規(guī)模集成電路在，譯碼器是使用最多的一種器件。譯碼器有二進制譯碼器、二-十進制譯碼器、顯示譯碼器等?！咀晕以u估】1.什么叫譯碼？什么是譯碼器？為什么在譯碼器的輸入端不會出現(xiàn)的代碼狀態(tài)可以當(dāng)作約束項處理。2.設(shè)計一個三位二進制譯碼器?！驹u價標(biāo)準(zhǔn)】

按表6-12進行考核

表6-12任務(wù)二譯碼器邏輯電路設(shè)計與制作考核表(見下頁）表6-2-4任務(wù)二譯碼器邏輯電路設(shè)計與制作考核表考核內(nèi)容內(nèi)容配分考核要求扣分標(biāo)準(zhǔn)組號扣/得分組號扣/得分實訓(xùn)態(tài)度1.實訓(xùn)的積極性；2.安全操作規(guī)程的遵守情況；3.紀律遵守情況30積極參加實訓(xùn)，遵守安全操作規(guī)程和勞動紀律，有良好的職業(yè)道德和敬業(yè)精神。違反操作規(guī)程扣20分；不遵守勞動紀律扣10分。16273849510二進制譯碼器（2-4線）1.按圖正確連接電路；2.輸入端接邏輯開關(guān)，輸出端接發(fā)光二極管。30看懂電路圖并正確連接電路；正確連接邏輯開關(guān)、發(fā)光二極管。1.電路的組裝連接為10分；2.正確連接開關(guān)10分；3.正確連接發(fā)光二極管為10分。16273849510設(shè)計與制作二進制譯碼器接通電源觀察輸出結(jié)果。（改變輸入端的邏輯狀態(tài)，測出輸出端的邏輯狀態(tài)）401.根據(jù)輸出結(jié)果列出真值表；2.根據(jù)真值表寫出邏輯表達式；3.畫出邏輯圖；4.分析邏輯功能1.能列出真值表為10分；2寫出邏輯表達式為10分；3畫出邏輯圖為10分4.分析邏輯功能為10分。16273849510

合

計10016273849510任務(wù)6.3驅(qū)動顯示電路的設(shè)計與制作【任務(wù)描述】

在數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常需要將數(shù)字、文字和符號的二進制編碼翻譯成人們習(xí)慣的形式直觀的顯示出來，以便查看。能夠用來顯示數(shù)字、文字、圖形和符號的電子器件叫做顯示器，簡稱數(shù)碼管。常用的顯示器件有輝光數(shù)碼管、熒光數(shù)碼管、發(fā)光二極管和液晶顯示器。掌握各類驅(qū)動顯示電路以及對電路的設(shè)計與制作是工程技術(shù)人員的主要技能。【任務(wù)分析】

①了解各類顯示器的工作原理；②了解驅(qū)動顯示電路；③掌握七段顯示器及驅(qū)動電路；④會設(shè)計驅(qū)動顯示電路。【知識準(zhǔn)備】在數(shù)字電路中，常常需要把測量和運算的結(jié)果直接用十進制的形式顯示出來，這就要把二—十進制代碼通過顯示譯碼器變換成輸出信號再去驅(qū)動數(shù)碼顯示器。1.幾種常見的數(shù)碼顯示器

(1)半導(dǎo)體顯示器（LED顯示器）①簡單顯示原理半導(dǎo)體（LED）顯示器又稱半導(dǎo)體數(shù)碼管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換成光能的發(fā)光器件，它的基本單元是PN結(jié)。例如磷砷化鉀做成的PN結(jié)，當(dāng)外加正向電壓時，可以將電能轉(zhuǎn)換成光能，從而發(fā)出清晰悅目的光線。.利用這樣的PN結(jié)，既可以封裝成單個的發(fā)光二極管，也可以封裝成分段式的顯示器件。如圖6-13(a)所示。圖6-13半導(dǎo)體顯示器圖6-14驅(qū)動電路(a)發(fā)光二極管(a)集成與非門驅(qū)動電路(b)數(shù)碼管(b)半導(dǎo)體三極管驅(qū)動電路

②驅(qū)動電路圖6-3-1半導(dǎo)體顯示器的顯示電路，該電路既可以用半導(dǎo)體三極管驅(qū)動，也可以直接用TTL與非門驅(qū)動。圖中BS為發(fā)光二極管，M導(dǎo)通或T飽和時亮，R是限流電阻。BS的工作電壓一般為1.5V～3V,工作電流只需幾到十幾毫安。調(diào)節(jié)R,可改變BS上的電壓和流過其中的電流，從而控制BS的亮度。③基本特點半導(dǎo)體顯示器的特點是清晰悅目、工作電壓低（1.5～3V）、體積小、壽命長（＞1000小時）、響應(yīng)速度快、顏色豐富、可靠。

表6-13是磷砷化鉀數(shù)碼管的特性參數(shù)。

表6-13七段發(fā)光二極管的特性參數(shù)型號發(fā)光亮度（七段全亮）（FL）正向工作電壓（V）反向摟電流（單條）（μA)反向擊穿電壓（單條）（V）極限工作電流（七段全亮）（mA)BS201ABS202A＞15＞151.5～31.5～3＜50＜50＞5＞5150150注：FL是亮度單位(2)輝光數(shù)碼管

輝光數(shù)碼管是利用玻璃管內(nèi)的氣體產(chǎn)生輝光放電來顯示數(shù)字的。管內(nèi)有10個陰極K0～K9和一個公共陽極A。10個陰極做成0，1，2，…，9的字樣，相重疊，中間留有極小的間隙。圖6-15所示為國產(chǎn)SZ-1數(shù)碼管的外形、管腳排列及符號。圖6-15國產(chǎn)SZ-1數(shù)碼管①顯示原理

圖6-16（a）所示為輝光數(shù)碼管顯示器的原理圖。電源VA經(jīng)限流電阻RA接至輝光數(shù)碼管的陽極，各陰極經(jīng)開關(guān)S接地。當(dāng)需要顯示某一數(shù)字時，該數(shù)字與開關(guān)S接通，這時陽極與接通的陰極之間參數(shù)輝光放電，便顯示該數(shù)字。如果在被抽成真空的玻璃殼內(nèi)，充入不同的惰性氣體，則可根據(jù)不同的惰性氣體而顯示不同的顏色。

(a)顯示原理圖(b)顯示電路圖6-16輝光數(shù)碼管顯示原理②驅(qū)動電路圖6-16（b）所示為輝光數(shù)碼管的顯示電路。三極管相當(dāng)于圖6-16（a）中的開關(guān)，同時起驅(qū)動作用。三極管的集電極接數(shù)碼管的陰極，發(fā)射極接譯碼器。當(dāng)譯碼器某輸出線輸出為高電平時，與之連接的三極管飽和導(dǎo)通，對應(yīng)的數(shù)碼管的陰極相當(dāng)于接地，于是產(chǎn)生輝光放電而顯示該陰極字形。因此數(shù)碼管的數(shù)字顯示完全取決于譯碼器的輸出.③基本特點

輝光數(shù)碼管的優(yōu)點是字形美觀清晰，穩(wěn)定可靠；主要缺點是工作電壓過高，體積較目前多用于數(shù)字儀表和數(shù)控裝置中。表6-14為輝光數(shù)碼管的主要指標(biāo)。表6-14SZ-1型輝光數(shù)碼管的主要指標(biāo)

陽極電壓起輝電壓熄滅電壓

陽極電流

限流電阻

≥170V

≤160V

≥120V2(mA)

15(KΩ)(3)熒光數(shù)碼管熒光數(shù)碼管是一種指形的玻璃殼電子管。它由燈絲（陰極）、網(wǎng)狀柵極和七段陽極組成，圖6-17所示為熒光數(shù)碼管的外形和管腳連接圖。①顯示原理熒光數(shù)碼管工作時，首先應(yīng)加上燈絲電壓和柵極正電壓，被加熱的燈絲發(fā)射電子，在柵極電壓下被加速。這時如果有幾段加以+20V的電壓，則電子被這幾段陽極吸引，將以高速轟擊陽極表面。由于陽極表面涂有熒光粉，在高速電子的轟擊下會發(fā)出熒光。②圖6-18所示為熒光數(shù)碼管的驅(qū)動電路。圖中R為限流電阻，其大小受三極管T允許最大集電極電流ICM的限制，當(dāng)TTL與非門M輸出高電平使T飽和時，改變R的阻值可以調(diào)節(jié)熒光顯示段的亮度。R0也是限流電阻，其大小受TTL與非門負載能力的限制。

圖6-17熒光數(shù)碼管

圖6-18熒光數(shù)碼管驅(qū)動電路③基本特點熒光數(shù)碼管的優(yōu)點是作電壓低、電路小、清晰悅目，穩(wěn)定可靠，視距較大，壽命較長。其缺點是需要燈絲電源、強度差安裝不方便。表6-15幾種常見熒光數(shù)碼管的主要指標(biāo)。表6-15熒光數(shù)碼管的主要指標(biāo)型號陽極電壓陽極電流柵極電壓柵極電流燈絲電壓燈絲電流（V）(mA)（V）

（mA)

（V）(mA)YS9-120

≤220

＜21.228YS13-320＜1.520

＜21.228YS18-320

＜220

＜21.250YS27-320

≤2.5202.51.2502.七段顯示譯碼器七段顯示譯碼器其工作原理是將要顯示的十進制數(shù)碼分成七段，每一段為發(fā)光二極管（即PN結(jié)），利用不同的發(fā)光段組合來顯示0～9十個十進制數(shù)碼。圖3-19（a）所示為七段顯示器的外形結(jié)構(gòu)（即引腳排列圖）。(a）引腳排列圖（b）共陰極、（c）共陽極兩種接法圖6-19LED七段顯示器的外形及二極管的連接方式

碼管中的7個發(fā)光二極管有共陰極和共陽極兩種接法，如圖6-19（b）、（c）所示，圖中的發(fā)光二極管a～g用于顯示十進制的10個數(shù)字0～9，h用于顯示小數(shù)點。從圖中可以看出，共陰極接法是把七個發(fā)光二極管的陰極一起接地，陽極接高電平時發(fā)光；共陽極接法是把七個發(fā)光二極管的陽極一起接正電源，陰極加低電平時發(fā)光。七段數(shù)碼管是利用不同發(fā)光段組合來顯示不同的數(shù)字。以共陰極顯示器為例，若a、b、c、d、g各段接高電平，則對應(yīng)的各段發(fā)光，顯示十進制數(shù)字3；若b、c、f、g各接高電平，則顯示十進制數(shù)字4.LED七段數(shù)碼管的特點是清晰悅目、工作電壓低（1.5～3V）、體積小、壽命長（大于1000h）、響應(yīng)速度快（1～100ns）、顏色豐富、工作可靠。設(shè)計顯示譯碼器首先要考慮顯示器的字形。如果設(shè)計共陰極的七段發(fā)光二極管二—十進制顯示譯碼器，設(shè)4個輸入A3.A2.A1.A0采用8421碼，根據(jù)顯示原理可列出如表6-16所示的真值表。輸出a～g是驅(qū)動七段數(shù)碼管相應(yīng)顯示段的信號，由于驅(qū)動共陰極數(shù)碼管，故應(yīng)為高電平有效，即高電平時顯示段亮。如果設(shè)計共陽極二—十進制顯示譯碼器，則輸出狀態(tài)與之相反。表6-16二—十進制BCD碼七段顯示譯碼器的真值表輸入輸出

顯示字形A3A2A1A0abcdefg00000001001000110100010101100111100010011111110011000011011011111001011001110110110011111111000011111111110011

0123

456789【任務(wù)實施】設(shè)計一個驅(qū)動七段發(fā)光二極管的顯示譯碼器

1.實施地點：電子技術(shù)實訓(xùn)室2.實訓(xùn)所需材料：①共陰極數(shù)碼管譯碼驅(qū)動74LS48②雙蹤示波器③LED顯示器④CC4511集成芯片、電阻、導(dǎo)線等2.實施內(nèi)容與步驟：(1)學(xué)員分組：4人左右一組，指定組長。工作始終各組人員盡量固定。(2)教師布置工作任務(wù)。學(xué)生閱讀工作任務(wù)書，了解工作內(nèi)容，明確工作目標(biāo)，制定實施方案。(3)實際進行設(shè)計一個驅(qū)動七段發(fā)光二極管的顯示譯碼器，其輸入是8421BCD碼。(高電平有效，即各段接高電平發(fā)光)①分析要求。基本要求見圖6-20所示。輸入D、C、B、A是8421BCD碼，其中1010～1111六種狀態(tài)不用，是無效碼，可做約束項處理。輸出a～g是驅(qū)動七段數(shù)碼管相應(yīng)顯示段的信號。表6-17為CC4511功能表。CC4511與LED數(shù)碼管的連接如圖6-21所示。CC4511內(nèi)接有上拉電阻，故只需在輸出端與數(shù)碼管各段之間串入限流電阻即可工作。（a）輸入輸出示意圖（b）顯示段布置圖圖6-20顯示譯碼器

表6-17七段顯示譯碼器(CC4511)的功能表LE

輸入輸

出顯示字形DCBAabcdefg01101101101101101101101101101100000001001000110100010101100111100010011111110011000011011011111001011001110110110011111111000011111111110011

0123

456789②七段LED顯示器LED數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，圖6-19（b）、（a）為共陰管和共陽管的電路，圖6-19（a）為兩種不同出線形式的引腳功能圖。、圖6-3-9CC4511驅(qū)動一位LED數(shù)碼管①七段LED顯示器LED數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，圖6-19（b）、（a）為共陰管和共陽管的電路，圖6-19（a）為兩種不同出線形式的引腳功能圖。（3）數(shù)據(jù)撥碼開關(guān)的使用將實驗裝置上的四組撥碼開關(guān)的輸出Ai、Bi、Ci、Di分別接到顯示譯碼器/驅(qū)動器CC4511的對應(yīng)輸入口，LE、、接到三個邏輯開關(guān)的輸出口，接上+5V電源然后按功能表6-17的輸入要求撥動四個數(shù)碼的增減鍵，同時操作與LE、、對應(yīng)的三個邏輯開關(guān)，觀測撥碼盤上的四位數(shù)與LED數(shù)碼顯示管的對應(yīng)數(shù)字是否一致，即譯碼顯示是否正常。

【自我評估】(1)在8421BCD碼七段顯示譯碼器中，當(dāng)輸入D、C、B、A出現(xiàn)1010～1111時，其輸出端會出現(xiàn)什么狀態(tài)？數(shù)碼顯示器相應(yīng)地會顯示出什么樣的數(shù)字？(2)設(shè)計一個下圖所示熒光數(shù)碼管顯示電路，并用與非門作為驅(qū)動電路，輸入只有兩個變量A和B，要求顯示E、F、H、O四個字母。習(xí)題6-22圖【評價標(biāo)準(zhǔn)】按表6-18進行考核表6-18任務(wù)6.3驅(qū)動電路的設(shè)計與制作考核內(nèi)容內(nèi)容配分考核要求扣分標(biāo)準(zhǔn)組號扣/得分組號扣/得分實訓(xùn)態(tài)度1.實訓(xùn)的積極性；2.安全操作規(guī)程的遵守情況；3.紀律遵守情況。30積極參加實訓(xùn)，遵守安全操作規(guī)程和勞動紀律，有良好的職業(yè)道德和敬業(yè)精神。違反操作規(guī)程扣20分；不遵守勞動紀律扣10分。16273849510設(shè)計與制作驅(qū)動七段顯示譯碼器1.根據(jù)邏輯要求列出數(shù)字與顯示字段對照表（真值表）2．根據(jù)真值表，作出陽極段a、b、c、d、e、f、g的卡諾圖并化簡；3．寫出邏輯表達式；4．根據(jù)邏輯表達式，畫出邏輯圖；5．畫出驅(qū)動電路圖。70列出真值表，寫出邏輯表達式，畫出邏輯圖，并能說出邏輯功能，設(shè)計驅(qū)動電路。1．列出數(shù)字與顯示字段對照表（真值表）為10分；2．根據(jù)真值表，作出陽極段a、b、c、d、e、f、g的卡諾圖并化簡為20分；3．畫出邏輯圖為10分4．畫出相應(yīng)的驅(qū)動電路圖為10分16273849510合計100

16273849510任務(wù)6.4一位二進制加法器的邏輯電路的設(shè)計與制作【任務(wù)描述】電子數(shù)字計算機最基本的任務(wù)之一是進行算術(shù)運算，在計算機中四則運算—加、減、乘、除都是分解成加法運算進行的，因此加法器便成了計算機中最基本的運算單位，掌握加法器的工作原理及設(shè)計與制作方法是電工電子技術(shù)人員的基本技能?！救蝿?wù)分析】1.掌握十進制數(shù)與二進制數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系；2.掌握半加器、全加器的工作原理；3.會設(shè)計與制作半加器、全加器的邏輯電路；4.會驗證半加器、全加器的邏輯功能?！局R準(zhǔn)備】1.半加器半加器是一種不考慮低位來的進位數(shù)，只能對本為來的兩個二進制數(shù)求和的組合電路。設(shè)兩個加數(shù)分別用Ai、Bi表示，和用Si表示，向高位的進位用Ci表示。下面根據(jù)半加器的邏輯功能設(shè)計它的邏輯電路。設(shè)計的一般步驟如下：表6-19半加器的真值表輸入輸出Ai