数字电路实验_数字显示电路

数字显示电路

——组合电路综合设计

一．实验目的

数字显示电路实验将传统的4个分离的基本实验，即基本门实验，编码器、显示译码器、7段显示器实验，加法器实验和比较器实验综合为—个完整的设计型的组合电路综合实验。通过本实验，要求学生熟悉各种常用MSI组合逻辑电路的功能与使用方法，学会组装和调试各种MSI组合逻辑电路，掌握多片MSI、SSI组合逻辑电路的级联、功能扩展及综合设计技术，使学生具有数字系统外围电路、接口电路方面的综合设计能力。

1）掌握基本门电路的应用，了解用简单门电路实现控制逻辑的方法。

2）掌握编码、译码和显示电路的设计方法。

3）掌握用全加器、比较器电路的设计方法。

二．设计要求

操作面板左侧有16个按键，编号为0到15，面板右侧配2个共阳7段显示器，操作面板图下图所示。

设计一个电路：当按下小于10的按键后，右侧低位7段显示器显示数字，左侧7段显示器显示0；当按下大于9的按键后，右侧低位7段显示器显示个位数字，左侧7段显示器显示l。若同时按下几个按键，优先级别的顺序是15到0。现配备1个4位二进制加法器74LS283，2个8线-3线优先编码器74LSl48，2个74LS47显示译码器。

三．各模块的设计

该数字显示电路为组合逻辑电路，可分为编码、译码和显示电路以及基本门电路、全加器电路。实验采用的主要器件有1个4位二进制加法器74LS283，2个8线-3线优先编码器74LSl48，与非门74LS00，2个显示译码器74LS47。

各种芯片的功能介绍如下：

1）8—3线优先编码器74LSl48简介及工作原理：

在数字系统中，常采用多位二进制数码的组合对具有某种特定含义的信号进行编码。完成编码功能的逻辑部件称为编码器。编码器有若干个输入，对于每一个有效的输入信号，给与电平信号的形式表示的特定对象，产生惟一的一组二进制代码与之对应。

按照编码信号的特点和要求，编码器分为3类。即二进制编码器，可用与非门构成4-2线、8-3线编码器。二—十进制编码器，将0~9十进制数变成BCD 码，如74LS147、优先编码器。

74LS148是8-3线优先编码器，其外引线排列如下图所示。

7I ~0I 为

8个信号输入，低电平有效。210Y Y Y 、

、为３位代码输出（反码输出）。ST 为选通输入端，当ST =0时允许编码；当ST =1时输出210

Y Y Y 、、和EX S Y Y 、

被封锁，编码被禁止。S Y 是选通输出端，级联应用时，高位片的S Y 端与低位片的ST 端相连接，可以扩展优先编码功能。EX Y 为优先扩展输出端，级联应用时可作为输出位的扩展端。

74LS148是一种常用的8—3线优先编码器，其功能真值如表一所示。

输入

输出

ST 0

I

1

I 2

I

3

I

4

I

5

I

6

I

7

I

2

Y

1

Y 0

Y EX

Y

S

Y

1 × × × × × × × × 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 × × × × × × × 0 0 0 0 0 1 0 × × × × × × 0 1 0 0 1 0 1 0 × × × × × 0 1 1 0 1 0 0 1 0 × × × × 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 × × × 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 × × 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 × 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2）3—8线二进制显示译码器74LS47简介及工作原理：

译码是编码的逆过程，以码器的功能与编码器相反，它将具有特定含义的不同二进制代码辨别出来，翻译成对应的输出信号。

译码器也分成3类，二进制译码器如3—8线译码器74LS138。二—十进制译码器可实现各种代码之间的转换，例如74LS145。显示译码器，用来驱动各种数字显示器，如共阳极数码驱动器74LS47。

74LS47是驱动共阳极数码管的译码驱动器。其外引线排列如图所示。为了直接驱动指示灯，74LS47的输出是低电平作用的，即输出为0时，对应字段点亮；输出为1时，对应字段熄灭。A 、B 、C 、D 接收二

进制码输入，a b c d e f g

Q Q Q Q Q Q Q 、、、、、、的输出分别驱动7段一码管的a 、

b 、

c 、

d 、

e 、

f 和

g 段。

当LT 接低电平是，译码器各段输出低电平，数码管7段全亮，因此可利用此段输入低电平对数码管进行测试。RBI 是动态灭零输入使能端，当BI =1，LT =1，RBI =0时，如果输入数码DCBA=0000，译码器各段输出均为高电平，数码管不显示数字（但输入其它数码，数码管仍显示），并且灭零输出RBO 为0。利用RBI 端，可对无意义的零进行消隐。BI 是

静态灭灯输入使能端，它与动态灭零输出RBO 共用一个输出端，当BI =0，不论DCBA 为何状态，译码器各段输出均为高电平，显示器各段均不亮，

利用BI 可对数码管进行熄灭或工作控制。RBO 是动态灭零输出端，当RBI

=0、LT =0，、DCBA=0000时，且RBO =0表示译码器处于灭零状态。RBO 端的设置主要用于多个译码器级联时，对无意义的零消隐。

3）集成加法器74LS283功能简介及工作原理：

全加器是实现二进制加运算的功能器件，然而人们更习惯于十进制的运算。用4位二进制加法器构成BCD 码加法器，当运算结果（和）小于或等于1001时，BCD 码加法与4位二进制加法结果相同；当和数大于1001，由于BCD 码是逢十进一，而4位二进制加法是逢十六进一，因此要在组间进位方式上加一个校正电路，即在4位二进制数相加结果大于9时，电路在自动加6。如集成加法器74LS283

集成加法器74LS283是4位二进制超前进位全加器。外引线排列如

图4所示。1234A A A A 、、、和1234B B B B 、、、分别为加数和被加数，1∑、

2∑、

3

∑、4

∑

为和数，0C 为低位进位，4C 为本进位。

74LS283逻辑功能表

输入

输出

4）集成芯片74LS00功能简介

由于编码器输出的为反码，所以在编码器输出到加法器的中间加入了与非门用与对反码的反相成为原码。与非门芯片74LS00管脚如图三

四．电路图设计及原理、功能说明

数字显示电路设计电路图如下图所示：

电路工作原理

（1）编码、译码和显示电路

16线—4线编码器输入信号为15A~0A，低电平有效，而且15A的优先权最高，0A的优先权最低。输出3z、2z、1z、0z为4位二进制反码(即0000~1111)。可用第一片的输入端7I~0I。分别接15A～8A，第二片的7I~ 0I接7A~0A，显然第一片的优先权应高于第二片，只有当15A～8A无信号时才允许第二片工作。因此，将第一片的选通输出端s Y和第二片的控制端s相连，即可实现上述功能。通过与非门，将3z、2z、1z、0z取反。

（2）基本门电路、全加器电路

根据系统的要求，显示输入应为8421BCD码，可以采用加6的方法实现。当小于9时，直接输入；当大于9时，将BCD码加6(溢出后相当于减10)且十位进1，如图2—3所示，由74LS74的真值表可知面

BI/RBO,LT,RBI三引脚置高电平。

（3）电路实现的功能概述

电路用两片74LS148，第一片为高位输入片，第二片为低位输入片，在高位工作时，要求低位禁止工作。电路通过将高位片的选通输出端s Y 接到低位片的控制输入端S，当高位片工作时s Y输出为高电平低位片不工作；当高位片不工作时，s Y输出为低电平，低位片工作，因此实现了

高低位优先级别。

由于编码器输出的为反码，所以在编码器输出到加法器的中间加入了与非门用与对反码的反相成为原码。因为编码器只能有一片工作，在另一片不工作时其输出端为高电平，因此三个与非门对工作片来说相当非门的作用。

用4位二进制加法器构成BCD码加法器，当运算结果（和）小于或等于1001时，BCD码加法与4位二进制加法结果相同；当和数大于1001，由于BCD码是逢十进一，而4位二进制加法是逢十六进一，因此要在组间进位方式上加一个校正电路，即在4位二进制数相加结果大于9时，电路在自动加6。电路如图5所示。

Y输出为0，经反相器后为3Z=1。当1Z，2Z有电路高位片工作时，ES

一个为高电平时（3Z=1，1Z=1时为1010，即数字10）经过三个与非门

后输出为高电平，所以加法器加6。同时高位译码器输入0001，高位数码显示管显示。

五．元器件清单

74LS148 2个

74LS00 7个

7447 2个

74LS283 1个

共阳极数码管 2个

开关 16个

电阻若干

六．实验感想

通过本次综合设计实验，我不仅学会了如何把编码器、显示译码器、7段显示器实验，加法器实验和比较器等芯片联系到一起。还熟练的掌握了每个芯片的功能，管脚接法。在实验过程中，我们小组成员分工明确，相互帮助，共同进步，很好的了解了各种常用MSI组合逻辑电路的功能与使用方法，学会组装和调试各种MSI组合逻辑电路，掌握多片MSI、SSI组合逻辑电路的级联、功能扩展及综合设计技术。为接下来的时序电路打好了基础，我想这是一次不错的收获和实践。

上学期我们设计及焊接了模电实验要求的语音放大器，设计及焊接的过程都比较顺利，但最终调试的过程有些波折。而本学期数字电路第一个自己设计的实验的调试过程相对容易了很多。电路的设计及焊接也没太多的复杂度。之前我们也已经在课上做了几次实验板上的电路功能的实现过程，此次完全靠自己动手设计及焊接出来的电路，感觉蛮有意思的。这个电路中主要使用了编码器、加法器及显示译码器实现了0-15数字在数码管上的显示功

能，为我们下一个时序电路的实际奠下了一定的基础。

这次焊板子我们直接利用书上的电路图，看起来是很简单，但是由于其引脚的接法容易出错，于是我们在接每一根导线的时候都十分小心，想到上次焊板子的时候我们花费了很大的精力才成功，于是我们认为这板子还得经过大量时间的调试才会成功，但是当我们焊接完成后便发现我们的板子马上就能用了！看来数电的确比模电要容易一些。而在交板子的时候还出现了一个小插曲：当我们准备交板子时，发现其功能不对！当时我们便慌张了，难道和模电一样有不确定因素？但是我们很快发现是由于我们的一个芯片掉了！我们接上后便成功了。