《电工电子技术简明教程》 课件 19 四裁判表决电路的设计与制作

1、了解组合逻辑电路的概念。2、了解集成编码器、译码器的型号和应用。掌握典型集成编码器和译码器的引脚功能。3、掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法。4、了解七段LED数码显示器件的基本结构和工作原理。5、通过搭接数码显示电路，学习应用编码器、译码器和七段LED数码管。6、实际设计制作一个四裁判表决电路。

返回主目录任务27四裁判表决电路的设计与制作知识要点一、组合逻辑电路的分析方法当逻辑电路在任一时刻的输出状态仅取决于在该时刻的输入信号，而与电路原有的状态无关，就叫做组合逻辑电路。组合逻辑电路在结构上是由各种门电路组成的。分析逻辑电路的目的，就是找出给定的逻辑电路的输入、输出变量之间的逻辑关系，写出逻辑表达式，分析电路所具有的逻辑功能。1.组合逻辑电路的分析步骤（1）根据已知的逻辑图写出逻辑表达式。一般从输入端开始，逐级写出各个逻辑门所对应的逻辑表达式，最后写出该电路的逻辑表达式。（2）对写出的逻辑表达式进行化简。一般用公式法或卡诺图法进行化简。（3）列出真值表，根据真值表就可以分析出电路的逻辑功能。二、组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的设计就是根据实际工程对逻辑功能的要求设计出逻辑电路，要在满足逻辑功能的基础上，使设计出的电路达到最简，最后画出逻辑电路图。1.组合逻辑电路的设计步骤设计一个组合逻辑电路，可以按照下列步骤进行：（1）认真分析实际问题对电路逻辑功能的要求，确定变量，进行逻辑赋值。（2）根据分析得到的逻辑功能列出真值表。需要指出，各变量状态的赋值不同，得到的真值表将不同。（3）根据真值表写出相应的逻辑函数表达式，并用公式法或卡诺图法进行化简，最后转换成命题所要求的逻辑函数表达形式。（4）根据最简逻辑函数表达式，画出相应的逻辑电路图。三、编码器随着电子技术的发展，集成逻辑电路已经取代了分立件逻辑电路。集成组合逻辑电路种类繁多，一些特殊的逻辑电路，也可以通过这些集成组合逻辑电路的扩展和组合来加以实现，根本不需要自己单独设计能够实现编码操作过程的器件被称为编码器。编码器有二进制编码器、优先编码器和BCD码编码器等。1．二进制编码器二进制编码器是将2n个信号转换成n位二进制代码的电路。如图19.4所示，是由与非门和非门组成的3位二进制编码器。图19.4三位二进制编码器I0—I7是八个需要编码的输入信号，Y2、Y1、Y0为输出的三位二进制代码。由图19.6可写出该编码器的输出逻辑表达式：由编码器的输出逻辑表达式可以得到三位二进制编码器的真值表，如表19.4所示。输入输出I7I6I5I4I3I2I1

I0Y2Y1Y00000000100000010000001000000100000010001001000000100000010000000000011110011001101010101表19.4三位二进制编码器的真值表由真值表可知，当I1—I7均为0时，输出就是对I0的编码，所以在电路中未画出I0端。该电路又称为八线——三线编码器。2．优先编码器二进制编码器要求输入信号必须是互相排斥的，既同时只能对一个输入信号进行编码。而在实际问题中，经常会遇到同时有多个输入信号的情况。例如火车站有特快、快速和普客三列旅客列车同时请求开车，而在同一时刻，车站只能允许一列列车开出。这类问题可由优先编码器来解决。优先编码器允许电路同时输入多个信号，而电路只对其中优先级别最高的信号进行编码。3．BCD编码器BCD编码器是对输入的十进制数0—9进行二进制编码。如图19.5所示，是集成8421BCD码编码器74LS147的逻辑图、外引线排列图和符号图。74LS147有9个输入端I(—)1—I(—)9，输入低电平有效，I(—)9的优先级最高；4个输出端：Y(—)3—Y(—)0，输出端也是低电平有效。图19.5BCD8421优先编码器74LS147四、译码器译码是编码的逆过程，也就是将二进制代码翻译成原来信号的过程，能完成这一任务的电路称为译码器。例如数控机床中的各种操作，如移位、进刀、转速选择等，都是以二进制代码的形式给出的。如规定“100”表示移位，“011”表示进刀，“010”表示转速选择等等，都需要译码器将其代码转换为特定指令，指挥机床正确运行。译码器可分为二进制译码器、BCD译码器和数码显示译码器三种。1．二进制译码器二进制译码器又称为变量译码器，是用于把二进制代码转换成相应输出信号的译码器。常见的有二输入—-四输出译码器（简称2线-4线译码器）、3线-8线译码器、4线-16线译码器等。74LS138是集成3线-8线译码器，其逻辑图如图19.6所示。图19.6集成3线-8线译码器74LS138该译码器共有三个输入端：A0、A1、A2，输入高电平有效；有八个输出端：Y(—)0—Y(—)7，输出低电平有效。三个使能端：SA、S(—)B、S(—)C，当SA=0或S(—)B+S(—)C=1时，译码器不工作，输出端全部为1；当SA=1且S(—)B+S(—)C=0时，译码器工作。2．BCD码译码器BCD码译码器是能将BCD代码转换成一位十进制数的电路，常见的有8421BCD码译码器、余3码译码器等。图19.7是8421BCD码译码器74LS42的逻辑图、外引线图和符号。该译码器有四个输入端：A3、A2、A1、A0，按8421编码输入数据，高电平有效；有十个输出端：Y(—)0～Y(—)9，分别对应于十进制数：0～9，低电平有效。例如当：A3A2A1A0=0000时，输出端：Y(—)0=0，其余输出端均为1；当：A3A2A1A0=0001时，输出端：Y(—)1=0，其余输出端均为1。表19.5是74LS42的真值表。由真值表可见，当A3A2A1A0输入为：1010～1111时，输出端：Y(—)0～Y(—)9均为1，表示无输入信号，这说明74LS42能自动拒绝无效编码。图19.7译码器74LS42十进制数输入输出A3A2A1A0Y(—)0Y(—)1Y(—)2Y(—)3Y(—)4Y(—)5Y(—)6Y(—)7Y(—)8Y(—)9012345678900000000110000111100001100110001010101010111111111101111111111011111111110111111111101111111111011111111110111111111101111111111011111111110无效码111111001111110011010101111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111表19.58421BCD码译码器74LS42的真值表3．数码显示译码器在数字系统中常常需要把处理或测量的结果直接用十进制数的形式显示出来，因此，数字显示电路是许多电子设备不可缺少的组成部分。数字显示电路由译码器、驱动器和显示器组成，将输入代码直接译成数字、文字和符号，并加以显示。数字显示器件常用的有荧光显示器、辉光显示器、LED（半导体发光二极管）显示器，近十年来，液晶显示器和等离子显示器已经得到广泛的使用。LED显示器是一种七段显示器，它由七个发光二极管封装而成，如图19.8（a）所示。七段的不同组合能显示出十个阿拉伯数字，如图19.8（b）所示。LED显示器有两种形式，即共阴极接法和共阳极接法，如图19.9(a)、(b)所示。采用共阴极的LED显示器时，应将高电平经过外接的限流电阻接到显示器各段的阳极，使显示器发光；而采用共阳极的LED显示器时，则应将LED显示器的各个阴极接在低电平，使显示器发光。图19.8七段LED显示器显示的数字

图19.9七段发光二极管的两种形式(a)共阴极接法(b)共阳极接法LED显示器的优点是工作电压低，体积小，机械强度高，可靠性强，使用寿命长（1000小时），响应速度快(1—100ns)，颜色丰富（有红、绿、橙、蓝等颜色）。集成译码器74LS48能将输入的8421BCD码译成七段LED显示器所需要的七位输入代码，图19.10是其逻辑图、外引线排列图和符号图。译码器正常工作时，输入和输出均是高电平有效。五、集成存储器与非门、反相器等门电路属于小规模集成电路（SSI），编码器和译码器都属于中规模集成电路（MSI）。一个复杂的数字系统，往往需要很多片SSI、MSI器件，这就造成了设备的体积大、功耗大、成本高、可靠性差等缺陷，因此，在大型设备中，通常使用大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）。集成存储器就属于大规模集成电路。1．半导体存储器图19.10集成七段显示译码器2.存储器的两个重要指标存储器的存储容量和存储时间是反映其性能的两个重要指标。存储容量是指它所能容纳的二进制信息量。存储器的存储容量等于存储单元的地址数N与所存储的二进制信息的位数M之积。如果存储器地址的二进制数有n位，则存储器地址数是N=2n。存储器的容量越大，存放的数据越多，系统的功能就越强。存储器的存储时间用读/写周期来描述，读/写周期越短，存储器的工作速度就越快。3.半导体存储器的种类半导体存储器的种类很多，按元件的类型来分，有双极型和MOS型两大类；按存取信息的方式来分，可分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）。（1）只读存储器ROMROM主要由地址译码器、存储矩阵及输出缓冲器组成，如图19.11所示。存储矩阵是存放信息的主体，它由许多存储元排列而成，每个存储元存放一位二进制数。A0—An-1是地址译码器的输入端，地址译码器共有W0—W2n-1个输出端。输出缓冲器是ROM的数据读出电路，通常用三态门构成，它可以实现对输出端的控制，而且还可以提高存储器的带负载能力。ROM中存放的数据不能改写，只能在生产器件时将需要的数据存放在器件中。由于不同场合需要的数据各不相同，就给这种器件的大规模生产带来了一定困难。图19.11只读存储器ROM的结构（2）可编程只读存储器PROM可编程只读存储器PROM是一种通用器件，用户可以根据自己的需要，借助一定的编程工具，通过编程的方法将数据写入芯片。PROM只可以进行一次编程，并且经过编程后的芯片仍然是只能读出，不能写入。（3）可擦除可编程的只读存储器EPROMEPROM是一种可以将数据多次擦除和改写的存储器。早些年生产EPROM采用紫外线照射来擦除芯片中已存的内容。在EPROM集成电路封装的顶部中央有一个石英窗，平时石英窗应用黑色胶带粘贴，以防数据丢失。擦除EPROM中的内容时，将胶带取下，把器件放在专用的紫外线灯下照射约20分钟即可。这种器件现在已经淘汰，取而代之的是电擦除存储器，现在生产的EPROM均采用电擦除，使用特别方