学习情景6-加法器的逻辑电路设计与制做

学习情景六

加法器的逻辑电路设计与制作学习情景六

加法器的逻辑电路设计与制作【学习目标】技能目标

1.学会设计与制作BCD编码器的逻辑电路；2.学会设计与制作译码器的逻辑电路；3.了解驱动显示器的设计与制作过程；4.学会设计与制作一位二进制加法器的逻辑电路；5.学会设计与制作一位十进制加法器的逻辑电路。知识目标

1.了解数制、数制转换及表示方法；2.了解编码的方法和特点；3.掌握编码器的工作原理及设计与制作方法；4.掌握一位二进制、一位十进制加法器的工作原理、电路设计与制作。任务6.1

BCD编码器的逻辑电路设计与制作【任务描述】

BCD编码器是把十进制数转换成二进制代码的一种组合性网络电路，是集成数字电路的主要元件。掌握编码器的逻辑电路设计与制作方法是工程技术人员的基本技能与素质。

【任务分析】

①了解数制、数制转换及表示方法；②掌握编码的方法；③学会设计与制作BCD编码器的逻辑电路。

【知识准备】1.数制与编码

（1）数制数制就是计数的方法日常生活中采用十进制，它有10个数码，即0、，用来组成不同的数，其进位规则是逢十进一。在数字电路中一般采用二进制数，有时也采用八进制数和十六进制数。对于任何一个数，可以用不同的数制来表示。一种数制所具有的数码个数称为该数制的基数，该数制中不同位置上数码的单位数值称为该数值的位权或权。十进制的基数为10，十进制整数中从个位旗各位的权分别为100、101.102.…。基数和权是数制的两个要素。利用基数和权，可以将任何一个数表示成多形式的形式。例如十进制的308可以表示成：（308）10=3*102+0*101+8*100二进制的基数为2，只有0、1两个数码，进位规则是逢二进一，即1+1=10。二进制整数中从个位起各位的权分别是20、21.22.…。例如：（110101）2=1*25+1*24+0*23+1*22+0*21+1*20=（51）10这样可以把任意一个二进制数转换为十进制数。将十进制数转换为二进制数可采用除2取余法。其方法是将十进制整数连续除以2，求得各次的余数，直到商为0为止，然后将先得到的余数列在低位、后得到的余数列在高位，即得二进制数。例如，将十进制整数56转换为二进制数：

2|28------0低位2|14------0

2|7------02|3------1

2|1------10------1高位所以，（56）10=（111000）2.十六进制的基数为16，采用的16个数码为0、、B、C、D、E、F，其中A、B、C、D、E、F分别代表，进位规则为逢十六进一。十六进制整数中从个位起各位的权分别为160、161.162.…。同样，将任何一个十六进制整数按基数和权表示为多项式然后求和，即可转换为十进制数，例如：（5DF）16=5*162+13*161+15*160=(1503)10

每一个十六进制数码可以用4位二进制数表示，（1001）2表示十六进制的9，（1101）2表示十六进制的D。表6-1列出了十进制、二进制、十六进制数之间的对应关系。将二进制整数十六进制数，从低位开始，每4位为一组转换为相应的十六进制数即可。例如：（1110011101）2=（39D）16将十进制数转换为十六进制数，可先转化为二进制数，再由二进制转换为十六进制数。例如：（82）10=（1010010）2=（52）16表6-1几种进制数之间的对应关系十进制数二进制数十六进制数012345678910111213141500000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110123456789ABCDEF

每一个十六进制数码可以用4位二进制数表示，如（1001）2表示十六进制的9，（1101）2表示十六进制的D。表6-1-1列出了十进制、二进制、十六进制数之间的对应关系。将二进制整数十六进制数，从低位开始，每4位为一组转换为相应的十六进制数即可。例如：（1110011101）2=（39D）16将十进制数转换为十六进制数，可先转化为二进制数，再由二进制转换为十六进制数。例如：（82）10=（1010010）2=（52）162.编码

数字电路中处理的信息除了数值信息外，还有文字、符号以及一些特定的操作。为了处理这些信息，必须将这些信息用二进制数码来表示。这些特定的二进制数码称为这些信息的代码。这些代码的编制过程称为编码。在数字电子计算机中，十进制数除了转换成二进制数参加运算外，还可以直接用十进制数进行输入和运算。其方法是及将十进制的十个数码分别用4位二进制代码表示，这种编码称为二—十进制编码，也称BCD码。BCD码有很多形式，常用的有8421码、余3码、格雷码、2421码、5421码等等，如表6-2所示。表6-2常用的BCD码十进制数8421码余3码格雷码2421码5421码012345678900000001001000110100010101100111100010010011010001010110011110001001101010111100

000000010011001001100111010101001100110100000001001000110100101111001101111011110000000100100011010010001001101010111100

权8421

在8421码中，10个十进制数码与二进制数一一对应，即用二进制数的0000…1001来分别表示十进制数的0—9.8421码是一种有权码，各位的权从左到右分别为，所以根据代码的组成可以知道代码所代表的十进制数的值。设8421码的各位分别为a3.a2.a1.a0,则它所代表的十进制数的值为：N=8a3+4a2+2a1+1a08421码与十进制之间的转换只要直接按位转换即可。例如：（853）10=（100001010011）8421（011101001001）8421=（749）108421码只利用了4为二进制数的16种组合0000～1111中的前10种组合0000～1001，其余6种组合1010～1111是无效的。从16种组合中选取10种组合方式的不同，可以得到其他二—十进制码，如2421码、5421码等。余3码由8421码加3（0011）得来的，这是一种无权码。

格雷码的特点是从一个代码变为相邻的另一个代码时只有一位发生变化。这是考虑到信息在传输过程中可能出错，为了减少错误而研究出的一种编码形式。例如，当将代码0100误传为1100时，格雷码只不过是十进制数7和8之差，二进制数码则是十进制数4和12之差。格雷码的缺点是与十进制数之间存在规律性的对应关系。2.编码器实现编码操作的电路称为编码器。(1)二进制编码器用n位二进制代码来表示N=2n个信号的电路称为二进制编码器。二进制编码器输入有N=2n个信号，输出为n位二进制代码。根据编码器输出代码的位数，二进制编码器可分为3位二进制编码器、4位二进制编码器等。3位二进制编码器是把8个输入信号I0、I1.I2.I3.I4.I5.I6.I7编成对应的3位二进制代码输出。因为输入有8个信号，要求有8种状态，所以输出的是3位（2n=8）,n=3)二进制代码。

三位二进制代码表示8个信号的方案很多，先分别用000、、表示I0、I1.I2.I3.I4.I5.I6.I7。。。。由于编码器在任何时刻只能对一个输入信号进行编码，即不允许有两个或两个以上输入信号同时存在的情况出现，也就是说I0、I1.I2.I3.I4.I5.I6.I7。是一组互相排斥的信号，因此真值表可以采用简化形式，如表6-3所示。表6-3三位二进制编码器的编码表输入输出Y2Y1Y0I0I1I2I3I4I5I6I7000001010011100101110111

由于I0、I1.I2.I3.I4.I5.I6.I7是互相排斥，所以只需要将使函数值为1的变量加起来，便可以得到相应的输出信号的与或表达式，即：Y2=I4+I5+I6+I7Y1=I2+I3+I6+I7Y0=I1+I3+I5+I7逻辑图6-1所示，图中I0的编码是隐含着的，即当I0、I1.I2.I3.I4.I5.I6I7。均为无效状态时，编码器的输出就是I0的编码。

图6-13位二进制编码器表6-48421BCD码编码器的真值表(2)二—十进制编码器将十进制的10个数码0、1.2.3.4.5.6.编成二进制代码的逻辑电路称为二—十进制编码器。其工作原理与二进制编码器并无本质区别。因为输入10个数码，要求有10种状态，而3位二进制代码只有8种状态需用4位（2n＞10,取n=4）二进制代码。设输入的10个数码分别用I0、I1.I2.I3.I4.I5.I6.I7.I8.I9表示，输出的二进制代码分别为Y3.Y2.Y1.Y0，采用8421码，则真值表如表6-4表示。输入

输出IY3Y2Y1Y00(I0)1(I1)2(I2)3(I3)4(I4)5(I5)6(I6)7(I7)8(I8)9(I9)0000000100100011010001010110011110001001由真值表可直接写出各输出函数的逻辑表达式为：Y3=I8+I9Y2=I4+I5+I6+I7Y1=I2+I3+I6+I7Y0=I1+I3+I5+I7+I9

逻辑图如图6-2所示，其中I0也是隐含着的。图6-1-28421编码器(3)优先编码器

前面介绍的编码器，输入信号都是互相排斥的。在优先编码器中则不同，允许几个信号同时输入，但是电路只对其中优先级别最高的进行编码，不理睬级别低的信号，或者说级别低的信号不起作用，这样的电路叫做优先编码器。也就是说，在优先编码器中是优先级别高的信号排斥级别低的，即具有单方面排斥的特性。至于优先级别的高低，则完全是由设计者根据各个输入的轻重缓急情况决定的。三位二进制编码器的输入是8个要进行优先编码的信号I0～I7，设I7的优先级别最高，I6次之，以此类推，I0最低，并分别用000、001.…、111表示I0、I1.…、I7。根据优先级别高的信号排斥级别低的特点，即可列出优先编码器的简化真值表，即优先编码表，如表6-5所示。表中的“×”表示变量的取值可以任意，即可为0，也可为1。表6-5三位二进制优先编码表输入输出I7I6I5I4I3I2I1I0Y2YIY01×××××××01××××××001×××××0001××××00001×××000001××0000001×00000001111110101100011010001000由表直接可得：Y2=I7+=I7+I6+I5+I4Y1==I7+I6+Y0=I7+=I7+I6I5根据上述表达式即可画出如图6-3所示逻辑图，其中I0的编码也是隐含的。图6-3三位二进制优先编码器

因为三位二进制优先编码器有8个输入编码信号线、3根输出代码信号线，所以又叫做8线—3线优先编码器。如果要求输出、输入均为反变量，即低电平有效，则只要在图6-3中的每一个输出端都加上反相器就可以了。【任务实施】

制作一个编码器1.实施地点：电子技术实训室2.实训所需材料：（十进制——BCD）编码器、74LS147.直流稳压电源、数字万用表、示波器等。3.实施内容与步骤：4.学员分组：（1）4人左右一组，指定组长。工作始终各组人员尽量固定。（2）教师布置工作任务。学生阅读工作任务书，了解工作内容，明确工作目标，制定实施方案。（3）实际进行设计与制作一个将十进制数转换成相应的8421BCD码的编码器：①列出十进制数与8421码之间关系的真值表。表6-68421BCD编码器的真值表十进制数输入变量8421BCD码DCBA0I000001I100012I200103I300114I401005I501016I601107I701118I810009I91001②根据上表，写出逻辑函数表达式。D=I8+I9C=I4+I5+I6+I7B=I2+I3+I6+I7A=I1+I3+I7+I9③根据逻辑表达式，画出逻辑图6-4。

图6-48421编码器逻辑图④分析逻辑功能：当某一位十进制数进行编码时，将单刀多掷开关拨向该输入端，与电源接通，即高电平为1，其余输入端接地，即低电平为0.例如，对十进制数6进行编码，则开关S投向输入端6，逻辑图的输出端D、C、B、A的电平为0、，所以6的编码为0110。⑤验证编码器的逻辑功能将10线—4线(十进制-BCD码)编码器74LS147插入IC空插座中，管脚排列如图6-5所示。按照图6-6接线，其中输入端1-9通过开关接高低电平（开关开为1，关为0），输出端QD、QC、QB、QA接LED发光二极管。接通电源，按表6-6输入各逻辑电平，观察输出结果并纪录在表6-7中。图6-574LS147管脚排列图图6-6（10线—4线）编码器电路原图⑥输出结果与设计结果进行比较。表6-7十进制-BCD编码器功能表输入输出123456789QDQCQBQA11111111××××××××0×××××××01××××××011×××××0111××××01111×××011111××0011111×011111111111注：×为状态随意。【学习小结】

(1)按进位的原则进行计数，称为数制，常用数制有十、二、十六进制。各数制之间可以相互转换。(2)日常生活中使用十进制，但在数字电路中，由于电信号是不连续的脉冲信号，因此可用二进制数码“1”和“0”表示。在计算机系统中，有时也使用八进制或十六进制。任意进制的数按基数和权展开为多项式即可展开为多项式。将十进制数转换为二进制数可采用除2取余法。(3)二进制数码不仅可以表示数值，而且可以表示符号及文字。BCD码是用4位二进制数码代表1位十进制数的编码。BCD码的形式多种，最常见的是8421码。(4)编码器可将十进制数、符号、指令等可转换为二进制数码。【自我评估】

(1)将十进制数3183转换成二进制和十六进制数。(2)将下列各数转换成十进制数：（110）2,(1101)16。(3)将二进制数110111.1001101分别转换成十进制数和十六进制数。(4)将十进制数4876转换成二进制数码及8421码。(5)有一个数码为1101001001作为二进制数码或8421码时，其相应的十进制数各为多少?(6)将下列二进制数转换为十进制数。

①1101②1110110010.1011③111101.00107.根据逻辑函数的真值表（见下表），分别写出它们的逻辑表达式，并画出对应的逻辑图。ABF1F2F300001010101001011111[评价标准】按表6-8进行考核表6-8任务一BCD编码器的设计与制作考核表考核内容内容配分考核要求扣分标准组号扣得分组号

扣得分实训态度实训的积极性；安全操作规程的遵守情况；纪律遵守情况。30积极参加实训，遵守安全操作规程和劳动纪律，有良好的职业道德和敬业精神。违反操作规程扣20分；不遵守劳动纪律扣10分。16

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设计与制作三位二进编码器1.列出三位二进制编码器的编码表（真值表）；2.根据真值表，写出逻辑表达式；3．根据逻辑表达式，画出逻辑图；4.分析逻辑功能。70能列出真值表，写出逻辑表达式，画出逻辑表达式，并能说出逻辑功能。1.能列出真值表为10分；2．写出逻辑表达式为20分；3．画出逻辑图为30分；4．分析逻辑功能为10。16

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合计10016

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【任务描述】

译码是编码的逆过程，它是把输入的二进制代码的特定含义翻译出来的过程。实现译码操作的电路称为译码器。译码器就是把一种代码转换为另一种代码的电路。【任务分析】①了解译码器的电路原理及种类；②掌握8421BCD码译码器的设计过程；③会设计与制作译码器的逻辑电路。【知识准备】

任务6.2译码器的逻辑电路设计与制作译码是编码的逆过程。在编码时，每一种二进制代都赋予了特定的含义，即都表示了确定的信号或者对象把代码状态的特定含义翻译出来的过程为译码，实现译码操作的电路称为译码器。译码的种类很多，但各种译码器的工作原理类似，设计方法也相同。1.二进制译码器

把二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对应输出信号的电路，称为二进制译码器。显然，若二进制译码器的输入端为n个，则输出端为N=2n个，且对应输入代码的每一种状态，2n个输出只有一个为1（或为0），其余全为0（或为1）。因为二进制译码器可以译出输入变量的全部状态，故又称为变量译码器。设输入的是3位二进制代码A2A1A0,由于n=3,而三位二进制代码可表示8种不同的状态，所以输出的8个译码信号，设8个输出信号分别为Y0、Y1.…、Y7。根据二进制译码器的功能，可列出三位二进制译码器的真值表，如表6-9所示。表6-93位二进制译码器的真值表输入输出A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70000010100111001011101111000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000001

从真值表可知，对应于一组变量输入，在8个输出中只有1个为1，其余7个为0.因为输入端3个，输出端8个，故称为3线-8线译码器，也称为3变量译码器。由真值表可直接写出各输出信号的逻辑表达式：Y0=Y0=Y4=

Y1=Y5=Y2=Y6=Y3=Y7=

根据这些逻辑表达画出的逻辑图见图6-7所示，由于译码器各个输出信号表达式的基本形式是有关输入信号的与运算，所以它的逻辑图是由与门组成的阵列，这也是译码器基本电路结构的一个显著特点。如果把图6-7所示电路的与门换成与非门，那么所得到的就是与非门构成的输出为反变量（低电平有效）的3位二进制译码器。图6-73位二进制译码器的逻辑图2.二—十进制译码器

把二—十进制代码译成10个十进制数字信号的电路，称为二—十进制译码器。二—十进制译码器的输入是十进制数的4位二进制编码，分别用A3.A2.A1.A0表示；输出的是与10个十进制数字相对应的10个信号，用Y9—Y0表示。由于二—十进制译码器有4根输入线，10根输出线，所以又称为4线—10线译码器。8421译码器的真值表如表6-10所示。表6-2-28421BCD码译码器的真值表输入输出A3A2A1A0Y9Y8Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y000000001001000110100010101100111100010010000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000000由表6-10可得各输出函数的逻辑表达式分别为：Y0=

Y1=

Y2=Y3=

Y4=Y5=

Y6=

Y7=

Y8=

Y9=由这些表达式画出的逻辑图如图6-8所示。如果需要输出为反变量，即低电平有效，则只需将图6-8所示电路中的与门换成与非门即可。图6-88421BCD译码器的逻辑图

【任务实施】

实际设计一个二—十进制BCD代码的译码器并验证实施地点：电子技术实训室实训所需材料：①74LS138译码器；②数字万用表；③示波器；④直流电压源

⑤译码器的逻辑图3.实施内容与步骤：①学员分组：

4人左右一组，指定组长。工作始终各组人员尽量固定。②教师布置工作任务。学生阅读工作任务书，了解工作内容，明确工作目标，制定实施方案

。

③教师通过图片、实物或多媒体分析演示让学生了解译码器的原理，或指导学生自学。4.实际设计一个二—十进制BCD代码的译码器并验证其逻辑功能①

分析要求

。输入是一组3位二进制代码，输出是与代码状态相对应的8个信号。示意图如图6-9所示

图6-9设计要求示意图②列出真值表。如表6-11所示

表6-114位二进制8421BCD码译码器的真值表输入输出ABCY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y00000010100111001011101110000000100000010000001000000100000010000001000000100000010000000③

写出逻辑表达式并进行化简。

Y0=Y1=

Y2=Y3=

Y4=Y5=Y6=

Y7=画出逻辑图如下：如图6-10所示图6-10逻辑图⑤验证其逻辑功能。将BCD码—十进制译码器74LS145插入IC空插座中，其管脚排列图如图6-11所示。按图6-12接线，输入端A0、A1.A2.A3接8421拨码开关，输出端接LED发光二极管。接通电源，拨动拨码开关，观察输出LED发光二极管是否和拨码开关所指示的十进制数字一致。⑥将实测结果和理论推导进行比较。图6-1174LS145管脚排列图

图6-12BCD码—十进制译码器电路原理图【学习小结】译码器是一种多输出电路。它把输入的二进制信号转换成对应的输出信号，在中规模集成电路在，译码器是使用最多的一种器件。译码器有二进制译码器、二-十进制译码器、显示译码器等。【自我评估】1.什么叫译码？什么是译码器？为什么在译码器的输入端不会出现的代码状态可以当作约束项处理。2.设计一个三位二进制译码器。【评价标准】

按表6-12进行考核

表6-12任务二译码器逻辑电路设计与制作考核表(见下页）表6-2-4任务二译码器逻辑电路设计与制作考核表考核内容内容配分考核要求扣分标准组号扣/得分组号扣/得分实训态度1.实训的积极性；2.安全操作规程的遵守情况；3.纪律遵守情况30积极参加实训，遵守安全操作规程和劳动纪律，有良好的职业道德和敬业精神。违反操作规程扣20分；不遵守劳动纪律扣10分。16273849510二进制译码器（2-4线）1.按图正确连接电路；2.输入端接逻辑开关，输出端接发光二极管。30看懂电路图并正确连接电路；正确连接逻辑开关、发光二极管。1.电路的组装连接为10分；2.正确连接开关10分；3.正确连接发光二极管为10分。16273849510设计与制作二进制译码器接通电源观察输出结果。（改变输入端的逻辑状态，测出输出端的逻辑状态）401.根据输出结果列出真值表；2.根据真值表写出逻辑表达式；3.画出逻辑图；4.分析逻辑功能1.能列出真值表为10分；2写出逻辑表达式为10分；3画出逻辑图为10分4.分析逻辑功能为10分。16273849510

合

计10016273849510任务6.3驱动显示电路的设计与制作【任务描述】

在数字系统中，经常需要将数字、文字和符号的二进制编码翻译成人们习惯的形式直观的显示出来，以便查看。能够用来显示数字、文字、图形和符号的电子器件叫做显示器，简称数码管。常用的显示器件有辉光数码管、荧光数码管、发光二极管和液晶显示器。掌握各类驱动显示电路以及对电路的设计与制作是工程技术人员的主要技能。【任务分析】

①了解各类显示器的工作原理；②了解驱动显示电路；③掌握七段显示器及驱动电路；④会设计驱动显示电路。【知识准备】在数字电路中，常常需要把测量和运算的结果直接用十进制的形式显示出来，这就要把二—十进制代码通过显示译码器变换成输出信号再去驱动数码显示器。1.几种常见的数码显示器

(1)半导体显示器（LED显示器）①简单显示原理半导体（LED）显示器又称半导体数码管，是一种能够将电能转换成光能的发光器件，它的基本单元是PN结。例如磷砷化钾做成的PN结，当外加正向电压时，可以将电能转换成光能，从而发出清晰悦目的光线。.利用这样的PN结，既可以封装成单个的发光二极管，也可以封装成分段式的显示器件。如图6-13(a)所示。图6-13半导体显示器图6-14驱动电路(a)发光二极管(a)集成与非门驱动电路(b)数码管(b)半导体三极管驱动电路

②驱动电路图6-3-1半导体显示器的显示电路，该电路既可以用半导体三极管驱动，也可以直接用TTL与非门驱动。图中BS为发光二极管，M导通或T饱和时亮，R是限流电阻。BS的工作电压一般为1.5V～3V,工作电流只需几到十几毫安。调节R,可改变BS上的电压和流过其中的电流，从而控制BS的亮度。③基本特点半导体显示器的特点是清晰悦目、工作电压低（1.5～3V）、体积小、寿命长（＞1000小时）、响应速度快、颜色丰富、可靠。

表6-13是磷砷化钾数码管的特性参数。

表6-13七段发光二极管的特性参数型号发光亮度（七段全亮）（FL）正向工作电压（V）反向搂电流（单条）（μA)反向击穿电压（单条）（V）极限工作电流（七段全亮）（mA)BS201ABS202A＞15＞151.5～31.5～3＜50＜50＞5＞5150150注：FL是亮度单位(2)辉光数码管

辉光数码管是利用玻璃管内的气体产生辉光放电来显示数字的。管内有10个阴极K0～K9和一个公共阳极A。10个阴极做成0，1，2，…，9的字样，相重叠，中间留有极小的间隙。图6-15所示为国产SZ-1数码管的外形、管脚排列及符号。图6-15国产SZ-1数码管①显示原理

图6-16（a）所示为辉光数码管显示器的原理图。电源VA经限流电阻RA接至辉光数码管的阳极，各阴极经开关S接地。当需要显示某一数字时，该数字与开关S接通，这时阳极与接通的阴极之间参数辉光放电，便显示该数字。如果在被抽成真空的玻璃壳内，充入不同的惰性气体，则可根据不同的惰性气体而显示不同的颜色。

(a)显示原理图(b)显示电路图6-16辉光数码管显示原理②驱动电路图6-16（b）所示为辉光数码管的显示电路。三极管相当于图6-16（a）中的开关，同时起驱动作用。三极管的集电极接数码管的阴极，发射极接译码器。当译码器某输出线输出为高电平时，与之连接的三极管饱和导通，对应的数码管的阴极相当于接地，于是产生辉光放电而显示该阴极字形。因此数码管的数字显示完全取决于译码器的输出.③基本特点

辉光数码管的优点是字形美观清晰，稳定可靠；主要缺点是工作电压过高，体积较目前多用于数字仪表和数控装置中。表6-14为辉光数码管的主要指标。表6-14SZ-1型辉光数码管的主要指标

阳极电压起辉电压熄灭电压

阳极电流

限流电阻

≥170V

≤160V

≥120V2(mA)

15(KΩ)(3)荧光数码管荧光数码管是一种指形的玻璃壳电子管。它由灯丝（阴极）、网状栅极和七段阳极组成，图6-17所示为荧光数码管的外形和管脚连接图。①显示原理荧光数码管工作时，首先应加上灯丝电压和栅极正电压，被加热的灯丝发射电子，在栅极电压下被加速。这时如果有几段加以+20V的电压，则电子被这几段阳极吸引，将以高速轰击阳极表面。由于阳极表面涂有荧光粉，在高速电子的轰击下会发出荧光。②图6-18所示为荧光数码管的驱动电路。图中R为限流电阻，其大小受三极管T允许最大集电极电流ICM的限制，当TTL与非门M输出高电平使T饱和时，改变R的阻值可以调节荧光显示段的亮度。R0也是限流电阻，其大小受TTL与非门负载能力的限制。

图6-17荧光数码管

图6-18荧光数码管驱动电路③基本特点荧光数码管的优点是作电压低、电路小、清晰悦目，稳定可靠，视距较大，寿命较长。其缺点是需要灯丝电源、强度差安装不方便。表6-15几种常见荧光数码管的主要指标。表6-15荧光数码管的主要指标型号阳极电压阳极电流栅极电压栅极电流灯丝电压灯丝电流（V）(mA)（V）

（mA)

（V）(mA)YS9-120

≤220

＜21.228YS13-320＜1.520

＜21.228YS18-320

＜220

＜21.250YS27-320

≤2.5202.51.2502.七段显示译码器七段显示译码器其工作原理是将要显示的十进制数码分成七段，每一段为发光二极管（即PN结），利用不同的发光段组合来显示0～9十个十进制数码。图3-19（a）所示为七段显示器的外形结构（即引脚排列图）。(a）引脚排列图（b）共阴极、（c）共阳极两种接法图6-19LED七段显示器的外形及二极管的连接方式

码管中的7个发光二极管有共阴极和共阳极两种接法，如图6-19（b）、（c）所示，图中的发光二极管a～g用于显示十进制的10个数字0～9，h用于显示小数点。从图中可以看出，共阴极接法是把七个发光二极管的阴极一起接地，阳极接高电平时发光；共阳极接法是把七个发光二极管的阳极一起接正电源，阴极加低电平时发光。七段数码管是利用不同发光段组合来显示不同的数字。以共阴极显示器为例，若a、b、c、d、g各段接高电平，则对应的各段发光，显示十进制数字3；若b、c、f、g各接高电平，则显示十进制数字4.LED七段数码管的特点是清晰悦目、工作电压低（1.5～3V）、体积小、寿命长（大于1000h）、响应速度快（1～100ns）、颜色丰富、工作可靠。设计显示译码器首先要考虑显示器的字形。如果设计共阴极的七段发光二极管二—十进制显示译码器，设4个输入A3.A2.A1.A0采用8421码，根据显示原理可列出如表6-16所示的真值表。输出a～g是驱动七段数码管相应显示段的信号，由于驱动共阴极数码管，故应为高电平有效，即高电平时显示段亮。如果设计共阳极二—十进制显示译码器，则输出状态与之相反。表6-16二—十进制BCD码七段显示译码器的真值表输入输出

显示字形A3A2A1A0abcdefg00000001001000110100010101100111100010011111110011000011011011111001011001110110110011111111000011111111110011

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456789【任务实施】设计一个驱动七段发光二极管的显示译码器

1.实施地点：电子技术实训室2.实训所需材料：①共阴极数码管译码驱动74LS48②双踪示波器③LED显示器④CC4511集成芯片、电阻、导线等2.实施内容与步骤：(1)学员分组：4人左右一组，指定组长。工作始终各组人员尽量固定。(2)教师布置工作任务。学生阅读工作任务书，了解工作内容，明确工作目标，制定实施方案。(3)实际进行设计一个驱动七段发光二极管的显示译码器，其输入是8421BCD码。(高电平有效，即各段接高电平发光)①分析要求。基本要求见图6-20所示。输入D、C、B、A是8421BCD码，其中1010～1111六种状态不用，是无效码，可做约束项处理。输出a～g是驱动七段数码管相应显示段的信号。表6-17为CC4511功能表。CC4511与LED数码管的连接如图6-21所示。CC4511内接有上拉电阻，故只需在输出端与数码管各段之间串入限流电阻即可工作。（a）输入输出示意图（b）显示段布置图图6-20显示译码器

表6-17七段显示译码器(CC4511)的功能表LE

输入输

出显示字形DCBAabcdefg01101101101101101101101101101100000001001000110100010101100111100010011111110011000011011011111001011001110110110011111111000011111111110011

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456789②七段LED显示器LED数码管是目前最常用的数字显示器，图6-19（b）、（a）为共阴管和共阳管的电路，图6-19（a）为两种不同出线形式的引脚功能图。、图6-3-9CC4511驱动一位LED数码管①七段LED显示器LED数码管是目前最常用的数字显示器，图6-19（b）、（a）为共阴管和共阳管的电路，图6-19（a）为两种不同出线形式的引脚功能图。（3）数据拨码开关的使用将实验装置上的四组拨码开关的输出Ai、Bi、Ci、Di分别接到显示译码器/驱动器CC4511的对应输入口，LE、、接到三个逻辑开关的输出口，接上+5V电源然后按功能表6-17的输入要求拨动四个数码的增减键，同时操作与LE、、对应的三个逻辑开关，观测拨码盘上的四位数与LED数码显示管的对应数字是否一致，即译码显示是否正常。

【自我评估】(1)在8421BCD码七段显示译码器中，当输入D、C、B、A出现1010～1111时，其输出端会出现什么状态？数码显示器相应地会显示出什么样的数字？(2)设计一个下图所示荧光数码管显示电路，并用与非门作为驱动电路，输入只有两个变量A和B，要求显示E、F、H、O四个字母。习题6-22图【评价标准】按表6-18进行考核表6-18任务6.3驱动电路的设计与制作考核内容内容配分考核要求扣分标准组号扣/得分组号扣/得分实训态度1.实训的积极性；2.安全操作规程的遵守情况；3.纪律遵守情况。30积极参加实训，遵守安全操作规程和劳动纪律，有良好的职业道德和敬业精神。违反操作规程扣20分；不遵守劳动纪律扣10分。16273849510设计与制作驱动七段显示译码器1.根据逻辑要求列出数字与显示字段对照表（真值表）2．根据真值表，作出阳极段a、b、c、d、e、f、g的卡诺图并化简；3．写出逻辑表达式；4．根据逻辑表达式，画出逻辑图；5．画出驱动电路图。70列出真值表，写出逻辑表达式，画出逻辑图，并能说出逻辑功能，设计驱动电路。1．列出数字与显示字段对照表（真值表）为10分；2．根据真值表，作出阳极段a、b、c、d、e、f、g的卡诺图并化简为20分；3．画出逻辑图为10分4．画出相应的驱动电路图为10分16273849510合计100

16273849510任务6.4一位二进制加法器的逻辑电路的设计与制作【任务描述】电子数字计算机最基本的任务之一是进行算术运算，在计算机中四则运算—加、减、乘、除都是分解成加法运算进行的，因此加法器便成了计算机中最基本的运算单位，掌握加法器的工作原理及设计与制作方法是电工电子技术人员的基本技能。【任务分析】1.掌握十进制数与二进制数之间的对应关系；2.掌握半加器、全加器的工作原理；3.会设计与制作半加器、全加器的逻辑电路；4.会验证半加器、全加器的逻辑功能。【知识准备】1.半加器半加器是一种不考虑低位来的进位数，只能对本为来的两个二进制数求和的组合电路。设两个加数分别用Ai、Bi表示，和用Si表示，向高位的进位用Ci表示。下面根据半加器的逻辑功能设计它的逻辑电路。设计的一般步骤如下：表6-19半加器的真值表输入输出Ai