(3) 实验 计数译码显示电路(设计)

实验3 计数译码显示电路（设计）
一、实验目的
1、掌握2—10进制译码器和数码管的功能和使用。

2、熟悉集成计数器74LS90的功能。

3、学会用74LS90设计任意进制计数器。

二、实验仪器及器材
1、数字电路实验箱 2.双踪示波器
2、器件：74LS90（集成计数器）、74LS00、74LS47（BCD--七段译码器）、数码管 三、实验原理（含器件介绍） 1．集成计数器
计数器是计算机和数字逻辑系统的基本部件之一，它不仅能计脉冲数，还能用作数字系统的分频器、定时器和运算器等。

根据计数器中数值增减的不同，计数器可以分为加法计数器、减法计数器以及两者兼有的可逆计数器；根据进位制不同，可分为二进制计数器、十进制计数器、八进制计数器等多种；根据计数器中各触发器状态的更新所受时钟脉冲控制的相同与否，可分为同步计数器和异步计数器。

本实验中采用的74LS90计数器是由二进制及五进制电路构成的中规模集成电路，引脚图如图3.1所示。

图3.1 74LS90引脚图
0CP : Clock (Active LOW going edge) Input to ÷2 Section 1CP : Clock (Active LOW going edge) Input to ÷5 Section (LS90)
1MR ,2MR : Master Reset (Clear) Inputs 1MS ,2MS : Master Set (Preset-9, LS90) Inputs 0Q : Output from ÷2 Section 1Q ,2Q ,3Q : Outputs from ÷5 (LS90) Sections
图3.2 74LS90逻辑符号
74LS90可以构成十进制计数器： a.
将Q A 接到B CP ，计数脉冲由A CP 输入，则输出为8421码；
b. 将Q D 接到A CP ，计数脉冲由B CP 输入，则输出为5421码。

74LS90计数器的工作电压U CC =5V ，表3－1是其功能表。

H=HIGH V oltage Level L=LOW V oltage level X=Don ’t Care （irrelevant ）
表3－1 74LS90功能表
为便于将计数器预置成“0”（0000）或“9”（1001），74LS90还设置了两个置0输入端R 0(1)、R 0(2)和两个置9输入端S 9(1)、S 9(2)。

由表3－1可知，74LS90有三种工作方式：直接置0、直接置9和计数，并且置9优先于置0。

通过复位法和置位法可以得到M ≤10的M 进制计数。

计数器初态为0000，复位法是将第M 个时钟脉冲作用下产生的“1”电平输出Q 端去控制置0输入端R 0(1)、R 0(2)，使计数器复位为0000状态而构成M 进制计数的方法；置位法是将第M-1个时钟脉冲作用下产生的“1”电平输出Q 端去控制置9输入端S 9(1)、S 9(2)，使计数器状态跳到“9”（即1001状态），第M 个脉冲到达时计数器复位为0000状态而构成M 进制计数的方法。

以六进制异步计数器的复位法设计为例，见图3.3：Q A 接到B CP ，计数脉冲由A CP 输入，则输出为8421码。

将Q C 、Q B 输出端分别接至置零输入端R 0(1)、R 0(2)，且计数器初态为0000。

当第5个脉冲到
来时，Q D Q C Q B Q A从0000计数至0101；第6个脉冲到来后，Q D Q C Q B Q A的0110状态成为过渡状态，使R0(1)、R0(2)置零，即Q D Q C Q B Q A复位为0000状态。

六进制异步计数器的置位法设计由同学们自行完成。

(a) 接线图（b）波形图
图3.3 六进制异步计数器（复位法）
图3.4 74LS90内部电路逻辑图
2．译码显示
译码是将二进制代码所表示的特定含义翻译出来的过程，完成译码操作的电路就是译码器。

译码器分两大类，即通用译码器和显示译码器。

前者如3线-8线译码器、4线-16线译码器等属于n线-2n线译码器的范畴，表示n个输入变量有2n个不同的组合状态，相应有2n 个输出端供译码输出使用。

后者常用于数字仪表、计算机和其它数字系统中，本实验采用的BCD- 七段译码器即显示译码器中的一种。

当需要把测量数据和运算结果用十进制数以0、1、……、9字形直观地显示出来时，就要用译码器和显示器分别完成二-十进制译码和数字显示。

（1）七段发光二极管(LED)数码管
LED数码管是目前最常用的数字显示器，图3.5(a)、(b)为共阴管和共阳管的电路，(c)为两种不同出线形式的引出脚功能图。

一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。

小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA。

LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。

(a) 共阴连接（“1”电平驱动） (b) 共阳连接（“0”电平驱动）
(c) 符号及引脚功能
图3.5 LED数码管
（2）BCD码七段译码驱动器
此类译码器型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等，本实验系采用74LS47／七段译码／驱动器。

驱动共阳极LED数码管。

图3.6为74LS47引脚排列
图3.6 74LS47引脚排
其中A、B、C、D—BCD码输入端。

A、b、c、d、e、f、g—译码输出端，输出“0”有效，用来驱动共阳极LED数码管。

BI：Blanking (Active Low) Input，消隐输入端，BI＝“0”时，译码输出全为“1”；RBO:当本位的“0”熄灭时，=0,在多位显示系统中，它与下一位的相连，通知下位如果是零也可熄灭。

LT：Lamp-Test (Active Low) Input，测试输入端，BI＝“1”,LT＝“0”时，译码输出全为“0”；
RBI：Ripple-Blanking (Active Low) Input，当BI =LT=1,=0时，输入DCBA为0000，译码输出全为“1”。

而DCBA为其它各种组合时，正常显示。

它主要用来熄灭无效的前零和后零。

表3-2
五、实验内容
1、验证七段译码器74LS47的功能。

（1）集成七段显示译码器的功能测试。

图3.7连线
按照图3.7连线，输出端接数码管，对照功能表逐项进行测试，并将实验结果与功能表进行比较。

（2）LED七段数码管的判别方法
1）共阳共阴的判别及好坏判别
先确定显示器的两个公共端，两者是相通的。

这两端可能是两个地端（共阴极），也可能是两个Ｖc端（共阳极），然后用万用表象判别普通二极管正、负极那样判断，即可确定出是共阳还是共阴，好坏也随之确定。

2）字段引脚判别
将共阴显示器接地端和万用表的的黑表笔相接触，万用表的红表笔接触七段引脚之一，则根据发光情况可以判别出a、b、c等七段。

对于共阳显示器，先将它的Ｖcc和万用表的红表笔相接触，万用表的的黑表笔分别接显示器各字段引脚，则七段之一分别发光，从而判断之。

2、验证74LS90集成计数器的功能。

3、用74LS90设计六进制加法计数器，并在七段译码器上显示，画出电路图。

按预习要求设计好的电路自行完成外引线连接，并设置各输入电平和控制端电平。

（1）计数器输出Q D Q C Q B Q A接发光二极管，CP接连续脉冲信号（1Hz）。

观察随着CP 脉冲数目的增加，输出Q D Q C Q B Q A状态的变化。

（2）CP接连续脉冲（1kHz），用示波器观察Q D，Q C，Q B，Q A与CP之间的对应波形，并作波形于图3.8。

Q C
Q B
Q A
图3.8 波形图
4、用74LS90设计一百以内的任意进制加法计数器，画出电路图。

（1）设计60进制（2）设计25进制
六、注意事项
1、按定位标记将集成块插入插座时，先将引脚对准插孔的位置然后再插牢，以防止器件的引脚弯曲或折断。

2、注意电源引脚、接地引脚连接,接线及改变接线时，必须关闭电源。

3、集成芯片中不使用的触发器，其置位端、复位端、信号输入端、时钟脉冲输入端、输出端悬空开路处理，不使用的门，其输入端、输出端悬空开路处理。

七、思考题
1、时序逻辑电路逻辑功能的测试方法？
2、分析实验中所用测试方法并提出改进方案。

八、实验报告要求
1、简述实验原理，画出各实验测试电路，按实验内容填写各数据表格。

2、整理实验数据，分析实验结果与理论是否相符合？
九、预习要求
1、时序逻辑电路的分析、设计方法。

2、完成各验证电路的分析、各设计电路的设计。

3、所用器件的引脚排列。

4、在Multisim中分别组成前述各实验电路，仿真测试，记录数据。