实训任务5-中规模组合逻辑电路的分析和设计

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实训5-5：七段显示译码器的设计和调试
设计步骤： （1）选定LED数码管是共阳极还是共阴极形式。（本实
验LED数码管为共阴极，型号SM420501，共阴极LED 的com脚应接地。） （2）列真值表（显示状态表 ）
A B 字形 a b c d e f g 00 0 1 1 1 1 1 1 0 01 5 1 0 1 1 0 1 1 10 6 1 0 1 1 1 1 1 11 9 1 1 1 1 0 1 1
实训5-3：集成3线－8线译码器74LS138逻辑功能测试
01111111 10111111 11011111 11101111 11110111 11111011 11111101 11111110
74LS138的逻辑函数式为：
74LS138的逻辑功能为：
。
二－十进制译码器：将8421BCD代码翻译成10个对应的输出信号 ，用来表示0～9共10个数字的逻辑电路。
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3位二进制普通编码器 输入是0~7等8个信号
（“非号”表示低电平为有效的输入电平）， 输出是3位二进制代码Y2~Y0。
又称为8线－3线编码器。
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2、优先编码器
允许同时输入几个输入信号，电路只对其中优先级别 最高的一个输入信号进行编码。
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编码器：完成编码功能的逻辑电路。
编码器种类 按照输出代码不同分类：二进制编码器、二－十进制 编码器； 按照工作方式不同分类：普通编码器和优先编码器。
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1. 普通编码器 某一时刻只允许一个输入端为有效的输入信号。
二进制普通编码器的逻辑功能： 根据产生了有效电平（可能是高电平，
也可能是低电平，视具体情况而定）的输 入端的序号，在输出端产生一组对应的二 进制编码。
【练一练】
用3线－8线译码器74LS138设计全加器。 要求：写出设计过程，包括真值表、逻辑表达式、电路
图，并用3线－8线译码器74LS138在实验箱上验证。
5.2.3 显示译码器
用十进制数码显示数字量。 数码显示电路一般由译码器、驱动器和显示器组成。 显示译码器：直接驱动显示器件的译码器。
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5.1 医院病房呼叫控制电路设计
◦ 5.1.1 中规模组合逻辑电路的设计方法 ◦ 5.1.2 编码器 ◦ 实训5-1：优先编码器74LS148逻辑功能测试 ◦ 5.1.3 医院病房呼叫控制电路的设计 ◦ 实训5-2：医院病房呼叫控制电路的设计
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设计要求：
某医院有一、二、三、四号病室4间，每室设有呼叫按钮，同 时在护士值班室内对应的装有一号、二号、三号、四号4个指示灯。 现要求当一号病室的按钮按下时，无论其他病室的按钮是否按下， 只有一号灯亮。当一号病室的按钮没有按下而二号病室的按钮按 下时，无论三、四号病室的按钮是否按下，只有二号灯亮。当一、 二号病室的按钮都没有按下而三号病室的按钮按下时，无论四号 病室的按钮是否按下，只有三号灯亮。只有在一、二、三号病室 的按钮均未按下而四号病室的按钮按下时，四号灯才亮。
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（1）实际问题转化为逻辑问题：
一、二、三、四号病室的按钮作为输入变量分别用X1、X2、 X3、X4来表示，并且用“1”表示按钮按下，“0”表示按钮未 按下；
一号、二号、三号、四号4个指示灯作为输出变量分别用L1、 L2、L3、L4来表示，“1”表示灯亮，“0”表示灯未亮。
（2）列出真值表。
不需要化简，只需要变换。 每一种中规模集成器件，都有它自己特定的逻辑函数表达
式，所以采用这些器件设计电路时，必须将待实现的逻辑函数 式变换成与所使用的集成器件的逻辑函数式相同的形式。
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常用的中规模集成器件主要有： 全加器、编码器、译码器、数据选择器等。
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编码：用二进制代码表示文字、符号或者数码等某种信 息的过程。
三个控制端又叫“片选” 输入端，利用“片选” 的作用可以将多片电路连接起来，以扩展译码器的功能。
用两片74LS138译码器构成的4线－16线译码器
实训流程：
将16脚接＋5V； 8脚接地；
控制输入端G1接＋5V，
接地 ；
A2、A1、A0接逻辑开关K3 ～K1；
接电平指示 L8～ L1。
改变输入端状态，观察各输出端的状态
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设计要求：
每一组信号灯由红（R）、黄（A）、绿（G）三盏灯组成。正 常工作情况下，任何时刻必有一盏灯亮，而且只允许有一盏灯亮。 而当出现其他五种点亮状态时，电路发生故障，这时要求发出故 障报警信号，以提醒维护人员前去修理。
要求写出设计过程；画出电路图（用74LS138和必要的门电路 实现）并测试。
共阳数码管将各发光二极管阳极连 接在一起成为公共电极接高电平，
阴极分别由译码器输出端来驱动。 当译码输出某段码为低电平时，相 应发光二极管就导通发光。
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5.2.3 显示译码器
LED数码管七段字形显示方式来表示0~9十个数字 。
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实训5-5：七段显示译码器的设计和调试
是译码器的十个输出端，
“低电平”为有效输出信号，即
有输出时输出端为“0”，没有译 码输出时输出端为“1”。 当输入为0000～1001中的任意一
组代码时，
总有一个输出
端为有效的低电平，当输入为
1010～1111这6个无效信号时，译
码器输出全“1”，无有效输出。
设计要求：
每一组信号灯由红（R）、黄（A）、绿（G）三盏灯组成。正 常工作情况下，任何时刻必有一盏灯亮，而且只允许有一盏灯亮。 而当出现其他五种点亮状态时，电路发生故障，这时要求发出故 障报警信号，以提醒维护人员前去修理。
用优先编码器74LS148和门电路设计满足上述控制要求的逻辑 电路。
中规模组合逻辑电路
小规模组合逻辑电路
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中规模集成器件设计组合逻辑电路 “最合理” ：使用 的中规模集成器件的片数最少，种类最少，而且连线最少。
设计步骤： （1）根据给定事件的因果关系列出真值表 （2）由真值表写函数式 （3）对函数式进行变换 （4）画出逻辑图，并测试逻辑功能。
这里主要介绍最常用的发光二极管七段显示器。
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5.2.3 显示译码器
七段数码管分共阴和共阳两类。
a~g七个字段通过引脚与外部电路连接。
共阴数码管将各发光二极管阴极连 接在一起成为公共电极接低电平，
阳极分别由译码器输出端来驱动。 当译码输出某段码为高电平时，相 应发光二极管就导通发光；
译码器
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译码是编码的逆过程。 译码：将二进制代码的原来的含意翻译出来的过程。 译码器：完成译码功能的电路。 常用的译码器有：二进制译码器、二－十进制译码器和
显示译码器等。
二进制译码器输入的是一组代码，输出的是与代码相对应的高、 低电平。
每输入一组代码，只有一个对应的 输出端为有效状态，其余输出端保持 无效状态。或者说二进制译码器有多 个输出端，每输入一组代码必有一个 而且只有一个输出端有信号输出，其 余的输出端均无信号输出。
现要求当一号病室的按钮按下时，无论其他病室的按钮是否按 下，只有一号灯亮。当一号病室的按钮没有按下而二号病室的按 钮按下时，无论三、四号病室的按钮是否按下，只有二号灯亮。 当一、二号病室的按钮都没有按下而三号病室的按钮按下时，无 论四号病室的按钮是否按下，只有三号灯亮。只有在一、二、三 号病室的按钮均未按下而四号病室的按钮按下时，四号灯才亮。
主 编：徐超明 李 珍
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知识目标：
◦ 熟知编码器的基本功能和常见类型，理解优先编码器的工 作特点，掌握利用编码器设计电路的方法。
◦ 理解译码器的功能，了解译码器的类型，掌握利用译码器 设计电路的方法。
◦ 了解显示译码器的基本知识；掌握共阳、共阴七段显示数 码管的相关内容；会利用常见显示译码器构成数码显示电 路。
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思考题：
为什么没有信号输入时此电路的L4灯仍亮？如 果没有信号输入时要使L4灯不亮，应如何修改电 路？
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【练一练】 电信局要对四种电话进行编码，其紧急的次序为火
警电话、急救电话、工作电话和生活电话。写出设计过 程，并画出用优先编码器74LS148和必要的门电路实现 的电路，并进行测试。
要求写出设计过程；画出电路图（用74LS138和必要的门电路 实现）并测试。
译码器
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设计过程：
（1）实际问题化为逻辑问题：
取红、黄、绿三盏灯的状态为输入变量，分别用R、A、G表示， 并规定灯亮时为1，不亮时为0；取故障信号为输出变量，以Z表示 ，并规定正常工作状态下Z为0，发生故障时Z为1。
5.2 交通信号灯监控电路设计
◦ 5.2.1 二进制译码器 ◦ 实训5-3：集成3线－8线译码器74LS138逻辑功能测试 ◦ 实训5-4：交通信号灯监控电路设计 ◦ 5.2.2 二-十进制译码器 ◦ 5.2.3 显示译码器 ◦ 实训5-5：七段显示译码器的设计和调试 ◦ 实训5-6：采用集成显示译码器CC4511的显示电路
◦ 理解数据选择器的逻辑功能，理解数据选择器在多路数据 传输、数据通道扩展及实现逻辑函数功能方面的应用。
◦ 能分析和设计用中规模集成芯片组成的逻辑电路。
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技能目标：
◦ 能检测常见编码器的逻辑功能；会利用优先编码器设计 典型的逻辑控制电路。
◦ 能检测常见译码器的逻辑功能；会利用译码器设计典型 的逻辑控制电路。
输入n位二进制代码，译码器有2 n个输出端。 2位二进制译码器有4个输出端，又可以称为2线－4线译码器； 3位二进制译码器称为3线－8线译码器； 4位二进制译码器称为4线－16线译码器等等。
是译码器的控制输入端，当G1＝1、 +
＝0
（即G1＝1、 、 均为0）时，译码器可正常译码；否则译码器
被禁止，所有输出端均为无效电平（高电平）。
输入
输出
X1 X2 X3 X4 L1 L2 L3 L4
1
X
XX
1
0
00
0
1
XX
0
1
00
0
0
1X
0
0
10
0
0
01
0
0
01
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6、验证病房呼叫控制电路的逻辑功能（与真值表比较） 。
输入
输出
X1 X2 X3 X4 L1 L2 L3 L4
1XXX
01XX
001X
0001
◦ 能检测判断出七段显示数码管的管脚排列顺序；会利用 显示译码器构成一位数码显示电路。
◦ 能利用常用的中规模集成芯片，设计简单、常用的功能 电路。
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工作任务：
◦ 验证编码器和译码器的逻辑功能。 ◦ 用优先编码器74LS148设计医院病房呼叫控制电路。 ◦ 用3线-8线译码器74LS138设计交通灯故障报警电路。 ◦ 用3线－8线译码器74LS138设计全加器。 ◦ 七段显示译码电路的设计和调试。 ◦ 用双4选1数据选择器74LS153设计全加器。 ◦ 用8选1数据选择器74LS151设计四人多数表决器电路。 ◦ 抢答器的设计与制作。
设计要求：
设计一个译码器，使用两片74LS00能显示0、5、6、 9四个字形的译码逻辑电路，输入两变量A、B。
设计提示： （1）要先选定LED数码管是共阳极还是共阴极形式的。 （2）要注意译码器的输出电流能否直接驱动LED发光，否则要
加驱动电器。 （3）驱动电路或译码电路输出与笔段之间要加限流电阻器。
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5.2.3 显示译码器
显示译码器的要求：
输出端要直接驱动数码显示器，输出端必须能够同时产生 多个有效电平，而且要求输出功率较大。
集成显示译码器 1. 七段数码显示器
七段数码显示器又称为七段数码管（有的加小数点 为八段）。
根据发光材料的不同有荧光数码管、液晶（LCD） 数码管和发光二极管（LED）等。
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Hale Waihona Puke 实训5-5：七段显示译码器的设计和调试
（4）作逻辑图
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用两片74LS148接成的16线－4线优先编码器
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74LS148的逻辑功能为：___________________________ 。
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设计要求：
某医院有一、二、三、四号病室4间，每室设有呼叫按钮， 同时在护士值班室内对应的装有一号、二号、三号、四号4个指 示灯。