项目二一位十进制加法计算器的逻辑电路设计及制作

根据以上逻辑表达式可以绘制出8421BCD码编码器的逻辑电 路，如图2-3所示。 返 回 上一页
任务二 译码器逻辑电路设计与制 作

【技能目标】 能设计并使用译码器。


【知识目标】 （1）掌握编码技术。 （2）掌握集成LED译码器的使用方法。
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任务二 译码器逻辑电路设计与制 作
【实践活动】 1.实践活动任务描述
【实践活动】 5.活动提示



（1）LED正、负板间加正向电压时导通，一般电压大于2V 时发光，不加电压或加反向电压时不导通，LED不亮，应与 LED串联一100~1000 Ω的电阻保护LED不致因过流而损坏。 （2）10个按钮开关代表0~9这10个十进制数，输出4个信号 控制4个LED的显示。 （3）此设计为组合逻辑，用集成逻辑门实现，设计方法可见 后面的知识链接。

【技能目标】 能设计并制作BCD码编码器。 【知识目标】 掌握编码技术。 【实践活动】 1.实践活动内容
BCD编码器实验。
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任务一 BCD编码器的逻辑电路设 计与制作
【实践活动】 2.实践活动任务描述

在电路输入端按下代表0~9的任何一个按钮开关，在输出端， LED就会显示与该十进制数对应的二进制数值。任何时刻只允 许输入一个有效信号。
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任务三 一位十进制加法器的逻辑 电路设计与制作
【知识链接2：数据选择器、数据分配器及 数值比较器】


3.数值比较器 数据比较器是用来判断输入数据大小的逻辑器件，数值比较 器可以按位数分为一位数值比较器和多位数值比较器，首先 简要介绍一位数值比较器的功能和特点。 其真值表如表2-11所示。由真值表可以得到下列逻辑表达 式： Li Ai Bi
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任务一 BCD编码器的逻辑电路设 计与制作
【实践活动】

根据以上真值表，无需绘制卡诺图，可以直接推导8-3线编码 器的逻辑表达式。

根据以上逻辑表达式可以绘制出8-3线编码器的逻辑电路。如 图2-2。
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任务一 BCD编码器的逻辑电路设 计与制作
【实践活动】


2.BCD编码器 将十进制数0~9这10个信号编成二进制代码的电路叫二-十进 制BCD编码器。它和二进制编码器特点一样，任何时刻只允 许输入一个有效信号。 本项目的任务是要实现一个十进制8421BCD编码器，因输入 变量相互排斥，可直接列出编码表如表2-2所示。将表中各位 输出码为1的相应输入变量相加，便可得到编码器的各输出表 达式：
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任务二 译码器逻辑电路设计与制 作
【知识链接1：译码器的基本知识】



译码是编码的逆过程，它的功能是将具有特定含义的二进制 码进行辨别，并转换成控制信号，具有译码功能的逻辑电路 称为译码器。 1.二-十进制译码器 二-十进制译码器（见图2-4）是最基本的二进制译码器，它 有4个输入端，需要译码的4位二进制代码从这里并行输入； 有10个译码输出端。功能是将4位并行输入的二进制代码， 根据译码要求，选择10输出中的一个输出译码信息。 表2-3所示为二-十进制译码器的真值表。
Gi Ai Bi Ai Bi Ai Bi Ai Bi M i Ai Bi

根据上面的表达式可画出如图2-21所示的逻辑电路图。
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仿真演练一 七段数码管显示电路



【技能目标】 （1）学会用字信号发生器。 （2）学会编码七段数码管。 （3）进一步会用逻辑分析仪。 【知识目标】 （1）掌握数码管的编码方法。 （2）掌握字信号发生器的使用方法。
2.三线-八线译码器 功能是将3位并行输入的二进制代码，根据译码要求，选择8 个输出中的一个输出译码信息。典型的三线-八线译码器是 74LS138. 74LS138有3个地址输入端A、B、C，它们共有8种状态的组 合，即可译出8个输出信号Y0~Y7。 74LS138的引脚排列见图2-6，功能表见表2-4。 可用两片3~8线译码器74LS138构成4-16线译码器，其具体 连接如图2-7所示。
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任务二 译码器逻辑电路设计与制 作
【实践活动】 3.实践仪器与元件

万用表、电烙铁、七段显示译码器74LS48一片，按钮开关 4只，LED4数码管1个，电阻、电容若干，导线，焊接板 （或面包板），焊锡丝


4.活动提示
（1）务必详细阅读74LS48芯片说明书，正确连接按钮开 关和数码管。 （2）此设计为组合逻辑，用集成逻辑电路实现，设计方法 可见后面的知识链接。

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.实践活动要求
要求每人用逻辑门设计BCD编码器的控制电路，并在焊接板 （或面包板）上将设计的电路搭建起来，然后调试并实现所要 求的功能。


4.实践仪器与元件
万用表、电烙铁、按钮开关10只，红色LED4只，集成逻辑门 若干，电阻、电容若干，导线，焊接板（或面包板），焊锡丝
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任务一 BCD编码器的逻辑电路设 计与制作

设计制作二-十进制译码显示电路：以七段显示译码器 74LS48为核心制作十进制数译码显示电路，电路的输入端是 4个74LS48连接的按钮开关，通过这4个按钮开关输入一个 4位二进制数，这个二进制数经74LS48译码后驱动后端的 LED数码管显示对应的十进制数字。


2.实践活动要求
要求每人用74LS48译码器设计二-十进制译码显示电路， 并在焊接板（或面包板）上将设计的电路搭建起来，然后调 试并实现所要求的功能。
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任务二 译码器逻辑电路设计与制 作
【知识链接2：LED数码管及其驱动电路】

LED数码管（也称发光二极管数码管）是用显示数字、文字 和符号的常用器件。如图2-8所示。 LED数码管根据管内PN结的连接方式不同，可分为共阴数码 管和共阳数码管两种。共阴数码管就是管内所有PN结的阴极 都连在一起，如图2-9（a）所示。使用时应将共阴端接低电 平，阳极接显示译码器的哥哥输出端。共阳数码管就是管内 所有PN结的阳极都连在一起，如图2-9（b）所示。使用时应 将共阳端接高电平，阴极接显示译码器的各个输出端。


4.活动提示
（1）为保证课堂效率，建议学生将前两次任务中制作的电 路保留并在此次任务中直接使用。 （2）此设计为组合逻辑，用集成逻辑门实现，设计方法可 见后面的知识链接。
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任务三 一位十进制加法器的逻辑 电路设计与制作
【知识链接1：半加器与全加器的基本知识 】



1.一位加法器 （1）半加器。 半加器的真值表如表2-7所示。表中的A和B分别表示两个相 加的一位二进制数，S是本位和，COUT是本位向高位的进位。 由真值表可以直接写出以下函数表达式：
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任务二 译码器逻辑电路设计与制 作
【知识链接1：译码器的基本知识】

由真值表可以推导出二-十进制译码器的逻辑表达式：
根据以上逻辑表达式，可以绘制出二-十进制译码器的逻辑电路， 如图2-5所示。
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任务二 译码器逻辑电路设计与制 作
【知识链接1：译码器的基本知识】





2.多位加法器 根据电路结构的不同，常见的多位加法器分为串行进位加法 器和超前进位加法器。 N位串行进位加法器由n个一位加法器串联构成，图2-16所 示是一个4位串行进位加法器，用它可实现一位十进制数的 加法。
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任务三 一位十进制加法器的逻辑 电路设计与制作
【知识链接2：数据选择器、数据分配器及 数值比较器】
项目二 一位十进制加法计算器的逻 辑电路设计与制作




任务一 BCD编码器的逻辑电路设计与制 作 任务二 译码器的逻辑电路设计与制作 任务三 一位十进制加法器的逻辑电路的设 计和制作 仿真演练一 七段数码管显示电路 仿真演练二 全加器
任务一 BCD编码器的逻辑电路设 计与制作





2.实践活动要求
要求每人用逻辑门设计一位十进制加法器电路，并在焊接板 （或面包板）上将设计的电路搭建起来，调试并实现所要求 的功能。
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任务三 一位十进制加法器的逻辑 电路设计与制作
【实践活动】 3.实践仪器与元件

万用表、电烙铁、按钮开关若干，七段显示译码器74LS48 一片，LED数码管一个，集成逻辑门若干，电阻、电容若干， 导线，焊接板（或面包板），焊锡丝
半加器的逻辑符号和逻辑图如图2-14所示。
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任务三 一位十进制加法器的逻辑 电路设计与制作
【知识链接1：半加器与全加器的基本知识 】


（2）全加器 全加器的真值表如表2-8所示。表中的A和B分别表示两个相 加的一位二进制数，Cin是来自低一位向本位的进位；S是本 位和；Cout是本位向高一位的进位。 由真值表可以推导出全加器的逻辑表达式：
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任务三 一位十进制加法器的逻辑 电路设计与制作

【技能目标】 能设计并制作一个一位十进制加法器。


【知识目标】 （1）掌握加法器的相关知识。 （2）掌握组合逻辑的设计方法。
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任务三 一位十进制加法器的逻辑 电路设计与制作
【实践活动】 1.实践活动任务描述

任务的核心是设计制作一个十进制加法器，实现个位十进制 加法功能，输入为两组十进制数，输出为输入数据相加的值 （不含进位位）。任务原理见图2-13.
【知识链接2：数据选择器、数据分配器及 数值比较器】


2.数据分配器 数据分配器又称多路分配器（DEMUX），其功能与数据选 择器相反，它可以将一路输入数据按n位地址分送到2n个数 据输出端上。图2-19所示为2-4DEMUX的逻辑符号，其功 能表如表2-10所示。 前面学习的74LS138就可以实现数据分配器功能，如图220所示。



1.数据选择器 数据选择器又称多路选择器（Multiplexer，简称MUX）， 其原理框图如图2-17所示。 常用的数据选择器有2选1、4选1、8选1、16选1等。图 2-18所示是4选1数据选择器的逻辑图及逻辑符号。 其功能表见表2-9。
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任务三 一位十进制加法器的逻辑 电路设计与制作
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任务二 译码器逻辑电路设计与制 作
【知识链接3：集成LED译码器】


集成LED译码器的功能是将输入的BCD码经过译码后，驱动 LED数码管显示相应的十进制数。 1.74LS48 74LS48是一种与共阴极数码管配合使用的字符显示译码器， 逻辑符号如图2-10所示。 74LS48功能表如表2-5所示。 图2-11所示是LED七段显示器和译码驱动电路连接实例。
S Cin A B Cin AB Cin A B Cin AB Cout AB Cin A Cin B AB ( A B )Cin

全加器的逻辑图和逻辑符号如图2-15所示。
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任务三 一位十进制加法器的逻辑 电路设计与制作
【知识链接1：半加器与全加器的基本知识 】
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任务一 BCD编码器的逻辑电路设 计与制作
【知识链接：编码器的基本知识】



按照被编码信号的不同特点和要求，有二进制编码器、二-十 进制编码器、优先编码器之分。一下着重介绍二进制编码器 和BCD编码器。 1.二进制编码器 用n位二进制代码对N=2n个一般信号进行编码的电路，叫做 二进制编码器。这种编码器有一个特点：任何时刻只允许输 入一个有效信号，不允许同时出现两个或两个以上的有效信 号，因而其输入是一组互相排斥的变量。 观以3位二进制编码器为例，分析编码器的工作原理。图2-1 所示是3位二进制编码的框图，它的输入是I0~I7这8个高电平 信号，输出是3位二进制代码Y2、Y1、Y0.为此，又把它叫做 8-3线编码器。输出与输入的对应关系如表2-1所示。
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任务二 译码器逻辑电路设计与制 作
【知识链接3：集成LED译码器】


2.CD4511 CD4511是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码 -七段码译码器，它具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译 码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流，可直接驱 动LED显示器。 图2-12描述了CD5411的引脚设置及其与LED连接的方法。 其真值表见表2-6。