子任务1学习引导文 二极管的应用与测试.docx

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子任务1学习引导文二极管的应用与测试

子任务3学习引导文：

译码与显示电路制作

▲学习目标与要求

1．能分析、测试和仿真译码器

2．能选择和使用显示器件

3．能设计和制作译码与显示电路

4．编写文档记录门电路学习过程和测试结果（一组交一份）

5．相互交流和学习

▲重点内容

1基础知识

1.1译码器

讨论：

日常生活中什么地方用到了译码器？

译码是编码的逆过程。

译码：

将表示特定意义信息的二进制代码翻译出来。

译码器：

实现译码功能的电路。

二进制译码原则：

用n位二进制代码可以表示2n个信号，则对n位代码译码时，应由

来确定译码信号位数N。

提问：

8位电话号码能供多少用户使用？

（电话号码为十进制）

1.1.1二进制译码器

二进制译码器：

将输入二进制代码译成相应输出信号的电路。

MSI译码器CT74LS138：

由于它有3个输入端、8个输出端，因此，又称3线一8线译码器。

1、逻辑图

输入端：

A2、A1、A0，为二进制代码；

输出端：

，低电平有效；

使能端：

STA（高电平有效）、

（低电平有效）和

（低电平有效），且

2、真值表

3、逻辑功能：

（1）当STA＝0，或

+

=1时，EN＝0，译码器禁止译码，输出

都为高电平1。

（2）当STA＝1且

+

=1时，EN＝1，译码器工作，输出低电平0有效。

这时，译码器输出

由输入二进制代码决定输出逻辑函数式为

4、全译码器：

二进制译码器的输出将输入二进制代码的各种状态都译出来了。

因此，二进制译码器又称全译码器，它的输出提供了输入变量的全部最小项。

5、功能扩展：

用两片CT74LS138组成4线一16线译码器。

（利用使能端）

CT74LS138

（1）为低位片，CT74LS138

（2）为高位片。

并将高位片的STA和低位片

的相连作A3，同时将低位片

的和高位片

、

相连作使能端E，便组成了4线一16线译码器。

工作情况如下。

当E＝1时，两个译码器都不工作，输出

都为高电平1。

当E＝1时，译码器工作。

（1）当A3＝0时，低位片CT74LS138

（1）工作，这时，输出

由输入二进制代码A2A1A0决定。

由于高位片CT74LS138

（2）的STA＝A3＝0而不能工作，输出

都为高电平1。

（2）当A3＝1时，低位片CT74LS138（l）的

=A3=1不工作，输出

都为高电平1。

高位片CT74LS138

（2）的STA＝A3＝1，

=

=0，处于工作状态，输出

由输入二进制A2A1A0决定。

1.1.2二-十进制译码器

提问：

若要对8421BCD码进行译码，输出信号应有多少个？

一、二一十进制译码器：

将4位BCD码的十组代码翻译成0～9十个对应输出信号的电路。

由于它有4个输入端，十个输出端，所以，又称4线一10线译码器。

二、4线一10线译码器CT74LS42

1、逻辑图

输入端：

A3、A2、A1、A0，为4位8421BCD码

输出端：

，低电平有效。

2、真值表（代码1010～1111没有使用，称作伪码。

）

3．逻辑函数式

由式可知，当输入伪码1010～1111时，输出

都为高电平1，不会出现低电平0。

因此，译码器不会产生错误译码。

4、功能变化：

CT74LS42可作3线—8线译码器：

输出

和

不用，并将A3作使能端使用。

1.1.3数码显示译码器

提问：

为何要使用显示译码器？

（在数字系统中工作的是二进制的数字信号，而人们习惯十进制的数字或运算结果，因此需要用数字显示电路，显示出便于人们观测、查看的十进制数字。

）

显示译码器主要由译码器和驱动器两部分组成，通常这二者都集成在一块芯片中。

提问：

数字0-9如何用七段来显示？

字母能用七段显示吗？

如何显示？

（米字管）

一、七段数字显示器

这种显示器由七段可发光的字段组合而成。

1、七段半导体数码显示器（LED）

⑴图示为数码显示器的外形，由七段发光二极管组成。

利用字段的不同组合，可分别显示出0～9十个数字。

⑵发光二极管数码显示器的内部接法有两种，图（a）为共阳接法，当某段外接低电平时，该段被点亮；图（b）为共阴接法，当某段外接高电平时，该段被点亮

⑶R为限流电阻。

如何选取阻值？

，其中，工作电压VD=2V，工作电流IF=10mA

若选取不当会怎样?

（电流过小亮度不够,电流过大损坏）

⑷半导体数码显示器的优\缺点是？

优点：

工作电压较低、体积小、寿命长、工作可靠性高、响应速度快、亮度高。

缺点：

工作电流大，每个字段的工作电流约为10mA左右。

2、液晶显示器

⑴　液晶是液态晶体的简称。

它是既具有液体的流动性，又具有某些光学特性的有机化合物

⑵　其透明度和颜色受外加电场的控制。

⑶　控制显示原理：

A没有外加电场时，液晶分子排列整齐，入射的光线绝大部分被反射回来，液晶呈现透明状态，不显示数字。

B当在相应字段的电极加上电压时，液晶中的导电正离子作定向运动，在运动过程中不断撞击液晶分子，从而破坏了液晶分子的整齐排列．使入射光产生了散射而变得混浊，使原来透明的液晶变成了暗灰色．从而显示出相应的数字。

C当外加电压断开时．液晶分子又恢复到整齐排列的状态．显示的数字也随之消失。

⑷　液晶显示器的优\缺点是？

优点：

功耗极小，工作电压低。

缺点：

显示不够清晰．响应速度慢。

提问：

常用显示器件的应用场合？

二、七段显示译码器

提问：

二进制译码器与显示译码器有何区别？

原理：

相当于一个代码转换电路，四位的BCD码→七段代码

MSI器件：

4线－7段译码器／驱动器CC14547

1、外引脚

输入：

四位，为8421BCD码D、C、B、A（原码）

输出：

七位，为Ya～Yg，高电平1有效（输出1时该段点亮）

消隐控制端：

，低电平有效

2、真值表（逻辑功能示意图）

3、逻辑功能：

（1）消隐功能：

当

＝0时，输出Ya～Yg都为低电平0，各字段都熄灭，不显示数字。

称

为低电平有效和消隐端

（2）数码显示。

当

＝1时，译码器工作。

当D、C、B、A端输入8421BCD码时，译码器有关输出端输出高电平1，数码显示器显示与输入代码相对应的数字。

如DCBA＝0110时，输出Yc＝Yd＝Ye＝Yf＝Yg＝1，显示数字6。

其余类推。

4、CC14547具有较大的输出电流驱动能力，可直接驱动半导体数码显示器或其它显示器件。

七段显示译码器的分类及与七段数码显示器的配合

1、七段显示译码器的分类：

输出高电平1有效、输出低电平0有效

2、配合

七段显示译码器输出低电平有效时，选用共阳接法的七段数码显示器

七段显示译码器输出高电平有效时，选用共阴接法的七段数码显示器

1.2译码器应用

1.2.1用译码器设计组合逻辑函数

一、实现原理

提问：

 逻辑函数的标准最小项之和式？

 译码器CT74LS138的输出逻辑函数式？

由于二进制译码器的输出为输入变量的全部最小项，即每一个输出对应一个最小项

Yi=mi（译码器输出高电平）

（译码器输出低电平）

而任何一个n位变量的逻辑函数都可变换为最小项之和的标准式：

，ki的取值为0或1，因此，用译码器和门电路可实现任何单输出或多输出的组合逻辑函数。

当译码器输出低电平时，多选用与非门；当输出为高电平时，多选用或门。

二、实例

例：

用一个3线-8线译码器实现函数

。

注：

函数表达式不必进行化简。

例：

试用译码器和门电路实现逻辑函数

解：

（1）根据逻辑函数选用译码器。

由于逻辑函数Y中有A、B、C三个变量，故应选用3线一8线译码器CT74LS138。

其输出为低电平有效，故选用与非门。

（2）写出标准与—或表达式为

（3）将逻辑函数Y和CT74LS138的输出表达式进行比较。

设A＝A2、B＝A1、C＝A0，比较得

（4）画逻辑电路图。

例：

用74138和与非门实现一位全加器。

它能将两个二进制数及来自低位的进位进行相加，并产生和数与进位数。

①写出函数的标准与或表达式，并变换为与非-与非形式。

②

画出用二进制译码器和与非门实现这些函数的接线图。

1.2.1用译码器实现码制转换

2技能训练

2.1译码器及其应用

译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。

它的作用是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。

译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。

不同的功能可选用不同种类的译码器。

译码器可分为通用译码器和显示译码器两大类。

前者又分为变量译码器和代码变换译码器。

l、变量译码器（又称二进制译码器），用以表示输入变量的状态，如2线—4线、3线—8线和4线—16线译码器。

若有n个输入变量，则有2ⁿ个不同的组合状态，就有2ⁿ个输出端供其使用。

而每一个输出所代表的函数对应于n个输入变量的最小项。

以3线—8线译码器74LS138为例进行分析，图5—l（a）、（b）分别为其逻辑图及引脚排列。

其中A2、A1、A0为地址输入端，

0～

7为译码输出端，S1、

2、

3为使能端。

当S2＝1，

2+

3=0时，器件便能，地址码所指定的输出端有信号（为0）输出，其它所有输出端均无信号（全为1）输出。

当S1＝0，

2＋

3＝X时，或S1＝X，

2+

3＝l时，译码器被禁止，所有输出同时为1。

图5—13—8线泽码器74LS138逻辑图及引脚排列

表5—1

二进制译码器实际上也是负脉冲输出的脉冲分配器。

若利用使能端中的一个输人端输入数据信息，器件就成为一个数据分配器（又称多路分配器），如图5—2所示。

若在S1输人端输入数据信息，

2=

3=0，地址码所对应的输出是S1数据信息的反码；若从

2端输入数据信息，令S1=1、

3=0，地址码所对应的输出就是

2端数据信息的原码。

若数据信息是时钟脉冲，则数据分配器便成为时钟脉冲分配器。

根据输入地址的不同组合译出唯一地址，故可用作地址译码器。

接成多路分配器，可将一个信号源的数据信息传输到不同的地点。

二进制译码器还能方便地实现逻辑函数，如图5—3所示，实现的逻辑函数是

Z=

十

B

十A

十ABC

图5—2做数据分配器图5—3实现逻辑函数

利用使能端能方便地将两个3/8译码器组合成一个4/16译码器，如图5—4所示。

图5—4用两片74LS138组合成4/16译码器

2、数码显示译码器

a、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5—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—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泽码功能，还要有相当的驱动能力。

（a）共阴连接（“1”电平驱动）（b）共阳连接沙（“0”电平驱动）

（c）符号及引脚功能

图5—5LED数码管

b、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CC4511BCD码锁存／七段译码／驱动器。

驱动共阴极LED数码管。

图5—6为CC4511引脚排列

图5—6CC4511引脚排列

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“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管。

—测试输入端，

=“0”时，译码输出全为“1”

一消隐输人端，

＝“0”时，译码输出全为“0’

LE—锁定端，LE＝“l”时译码器处于锁定（保持）状态。

译码输出保持在LE＝0时的数值，LE＝0为正常译码。

表5—2为CC4511功能表。

CC4511内接有上拉电阻，故只需在输出端与数码管笔段之间串人限流电阻即可工作。

译码器还有拒伪码功能，当输入码超过1001时，输出全为“0”，数码管熄灭。

在本数字电路实验装置上已完成了译码器CC4511和数码管BS202之间的连接。

实验时，只要接通+5V电源和将十进制数的BCD码接至泽码器的相应输。

入端A、B、C、D即可显示0～9的数字。

四位数码管可接受四组BCD码输入。

CC4511与LED数码管的连接如图所示。

表5—2

一、实验内容

1、数据拨码开关的使用。

将实验装置上的四组拨码0开关的输出Aⅰ、Bⅰ、Cⅰ、Dⅰ分别接至4组显示译码/驱动器CC4511的对应输入口，LE、

、

接至三个逻辑开关的输出插口，接上+5V显示器的电源，然后按功能表5—2输入的要求锨动四个数码的增减（“+”与“—”键）和操作与LE、

、

对应的三个逻辑开关，观测拨码盘上的四位数与LED数码管显示的对应数字是否一致，及译码显示是否正常。

2、74LS138译码器逻辑功能测试

将译码器使能端S1、

2、

3及地址端A2、A1、A0分别接至逻辑电平开关输出口，八个输出端

7…

0依次连接在逻辑电平显示器的八个输入口上，拨动逻辑电平开关，按表5—1逐项测试74LS138的逻辑功能。

3、用74LS138构成时序脉冲分配器

参照图6—2和实验原理说明，时钟脉冲CP频率约为10KHZ，要求分配器输出端

0～

7的信号与CP输入信号同相。

画出分配器的实验电路，用示波器观察和记录在地址端A2、A1、A0分别取000～1118种不同状态时

0～

7，端的输出波形，注意输出波形与CP输入波形之间的相位关系。

4、用两片74LS138组合成一个4线—16线译码器，并进行实验。

二、实验报告

1、画出实验线路，把观察前的波形画在坐标纸上，并标上对应的地址码。

2、对实验结果进行分析、讨论。

2.2按键显示电路设计与制作

一、实验内容

设计一按键显示电路，该电路有十个按键，其编号为0~9，要求按不同的按键时数码管显示相应的按键值。

扩展功能*：

按键松开后数码管显示保持不变。

二、实验报告

1、按照设计要求，选择集成电路芯片，完成电路图；

2、连接电路并进行测试，记录测试结果，分析存在问题；

3*、按照扩展功能要求，修改电路设计，画出电路图，记录测试结果。