数字电子技术项目二

目录8路抢答器电路的设计与调试项目分析在很多竞赛或娱乐节目的场合，需要有抢答的环节，如何确定抢答者的先后顺序，是主持人较难把握的，抢答器电路可8路抢答器电路应具有以下功能。（1）抢答器可以同时供八位选手进行抢答，分别由八个开关控制。目录8路抢答器电路的设计与调试项目分析（2）抢答器设置一个系统清除和抢答控制开关，由主持（3）抢答器具有锁存与显示功能，即系统能锁定先抢答8路抢答器电路的总体设计流程如图2-1所示。目录8路抢答器电路的设计与调试图2-18路抢答器电路的总体设计流程目录8路抢答器电路的设计与调试完成抢答器电路的设计。画出抢答器电路的逻辑图。完成抢答器电路的仿真调试。完成抢答器电路元件的电路连接。要完成8路抢答器电路的设计，需要多个内容的相互配合，相应的知识环节如图2-2所示。本项目需要完成内容目录8路抢答器电路的设计与调试图2-28路抢答器电路设计的知识环节目录8路抢答器电路的设计与调试1.了解并掌握常用中规模集成电路的性能和特点。2.了解并掌握编码器、译码器等常用器件的功能表、管脚图和内部逻辑图。目录8路抢答器电路的设计与调试1.掌握使用仿真软件Multisim10测试编码器、译码器等常用器件的方法。2.掌握使用中规模集成电路设计实用电路的方法。3.掌握仿真调试由中规模集成电路组成的电路的方法。目录8路抢答器电路的设计与调试仿真测试编码器的逻辑功能仿真测试译码器的逻辑功能目录8路抢答器电路的设计与调试仿真测试编码器的逻辑功能目录8路抢答器电路的设计与调试任务目标日常工作中，根据工作的需要，常用的组合逻辑电路已经集成化，做成现成的集成电路芯片，常用的中规模集成组合逻辑电路有编码器、译码器、数据选择器、数据分配器、加法器和数值比较器等。这些集成电路具有通用性好、兼容性强、功耗小、工作稳定可靠等优点。本任务通过仿真测试的方式介绍编码器的工作原理和功能。目录8路抢答器电路的设计与调试知识链接把二进制代码按一定规律编排，使每组代码具有特定含义(如代表某个数或者某个控制信号)称为编码，实现编码逻辑功能的电路称为编码器。目录8路抢答器电路的设计与调试一、编码器的工作原理编码器有若干个输入，在某一时刻只有一个输入信号被转换为二进制代码。例如，8线-3线编码器有8个输入，3位二进制代码输出；10线-4线编码器有10个输入，4位二进制代码输出。目录8路抢答器电路的设计与调试1.4线-2线编码器目录8路抢答器电路的设计与调试目录8路抢答器电路的设计与调试图2-34线-2线编码器逻辑图目录8路抢答器电路的设计与调试图2-4改进后的4线-2线编码器逻辑图目录8路抢答器电路的设计与调试2.优先编码器目录8路抢答器电路的设计与调试目录8路抢答器电路的设计与调试3.二-十进制编码器将十进制的10个数码0～9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，现以最常用的8421码编码器为例说明。目录8路抢答器电路的设计与调试1)8421码编码器因为输入有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，所以输出需用4位(2n10，取n=4)二进制代码。这种编码器通常称为10线-4设输入的10个数码分别用I0～I9表示，输出的二进制代码分别为Y3、Y2、Y1、Y0，采用8421码编码方式，就是在4位二进制代码的16种状态中，取出前面10种状态，后面6种状态去掉，则其真值表见表2-3。目录8路抢答器电路的设计与调试目录8路抢答器电路的设计与调试图2-58421码编码器的逻辑图根据逻辑表达式画出逻辑图，如图2-5所示。目录8路抢答器电路的设计与调试2)8421优先编码器设编码的优先顺序为I9～I0递降，则8421优先编码器的真值表见表2-4。目录8路抢答器电路的设计与调试二、集成电路编码器目录8路抢答器电路的设计与调试（1）8线-3线优先编码器74LS148的功能见表2-5，其芯片引脚图如图2-6所示。1.8线-3线优先编码器74LS148目录8路抢答器电路的设计与调试图2-674LS148的引脚图目录8路抢答器电路的设计与调试优先编码器74LS148的逻辑符号如图2-7所示，图中信号端有圆圈表示该信号是低电平有效，无圆圈表示该信号是高电平有效。图2-774LS148的逻辑符号目录8路抢答器电路的设计与调试（2）优先编码器74LS148的扩展应用。如图2-8所示。图2-8优先编码器74LS148的扩展应用目录8路抢答器电路的设计与调试2.优先编码器74LS147优先编码器74LS147为10线-4线8421码优先编码器，其功能见表2-6，逻辑符号如图2-9所示。编码器有9个输入信号端和4个输出信号端，均为低电平有效，即当某一个输入端为低电平0时，4个输出端就以低电平0的形式输出其对应的8421编码。输出的高低排列为由Y3～Y0。当9个输入全为1时，4个输出也全为1，代表输入十进制数0的8421编码输出。输入优先级由高至低为I9～I1。74LS147的引脚图如图2-10所示，其中第15脚NC为空脚。目录8路抢答器电路的设计与调试目录8路抢答器电路的设计与调试图2-974LS147的引脚图图2-1074LS147的逻辑符号目录8路抢答器电路的设计与调试例3-1试用74LS147和适当的门构成输出高电平有效并具有编码输出标志的编码器。由表2-6可知，只要在74LS147的输出端增加非门就可将输出低电平有效转换为输出高电平有效代码。在输入端均为高电平时，编码输出标志GS应为1，而有低电平信号输入时，则GS应为0，实现此功能可由与门来完成，题中所要求的编码器的逻辑电路如图2-11所示。目录8路抢答器电路的设计与调试图2-11例3-1的逻辑电路图目录8路抢答器电路的设计与调试仿真测试译码器的逻辑功能目录8路抢答器电路的设计与调试任务目标译码是编码的逆过程。译码是将含有特定含义的二进制代码变换为相应的输出控制信号或者另一种形式的代码。实现译码的由于编码和译码的概念均较为抽象，仿真可以变抽象为直观，所以本任务通过仿真测试的方式学习译码器的原理及功能。目录8路抢答器电路的设计与调试知识链接译码器可分为两种形式，一种是将一系列代码转换成与之一一对应的有效信号，这种译码器称为唯一地址译码器，它常用于计算机中对存储器单元地址译码，即将每一个地址代码转换成一个有效信号，从而选中对应的单元；另一种将代码转换成另一种代码，所以也称为代码转换器。目录8路抢答器电路的设计与调试一、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有n个，则输出端为N=2n个，且对应于输入代码的每一种状态。2n个输出中只有一个为1，其余全为0，称为输出高电平有效；2n个输出中只有一个为0，其余全为1，称为输出低电平有效。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。目录8路抢答器电路的设计与调试1.3位二进制译码器目录8路抢答器电路的设计与调试2.集成3线-8线译码器常用的中规模集成二进制译码器有双24线译码器、3线-8线译码器、4线-16线译码器等。图2-13(a)为常用的集成译码器74LS138的逻辑符号，其引脚如图2-13(b)所示，它的功能表见表2-7。目录8路抢答器电路的设计与调试图2-1374LS138的逻辑符号及引脚图目录8路抢答器电路的设计与调试目录8路抢答器电路的设计与调试例2-2用一个3线-8线译码器实现函数。FXYZXYXYZ(1)将3个使能端按允许译码的条件进行处理，即G接高电平，G2A和G2B接地。(2)将函数F转换成最小项表达式。(3)将输入变量X、Y、ZC、B、A定律进行变换，可得到FXYXYZXYZXYZ2367FCBACBACBACBACBACBACBACBAYYYY目录8路抢答器电路的设计与调试(4)将3线-8线译码器输出端Y2、Y3、Y6、Y7接一个与非门，输入端C、B、A分别接输入信号X、Y、Z，即可实现题目所指定的组合逻辑函数，如图2-14所示。图2-14例2-2的逻辑接线图目录8路抢答器电路的设计与调试二、二-十进制译码器二-十进制译码器的功能是将8421BCD码0000～1001转换为对应0～9十进制代码的输出信号。这种译码器应有4个输入端，10个输出端，它的功能表见表2-8。其输出为低电平有效。表2-8中左边是输入的8421码，右边是译码输出。输入端的高低位排列顺序由高到低为A3～A0。输入的8421码中1010～1111共6种状态没有使用，是无效状态，在正常工作状态下不会出现，化简时可以作为随意项处理。实际二-十进制译码器集成电路芯片在使用时，输入端输入无效代码时，译码器不予响应。目录8路抢答器电路的设计与调试目录8路抢答器电路的设计与调试图2-1574LS42引脚图和逻辑符号目录8路抢答器电路的设计与调试三、数字显示器在数字系统中，经常需要将用二进制代码表示的数字、符号和文字等直观地显示出来。供人们直接读取结果，或用以监视数字系统的工作情况。用来驱动各种显示器件，从而将用二进制代码表示的数字、文字、符号翻译成人们习惯的形式直观地显示出来的电路，称为显示译码器。数字显示通常由数码显示器和译码器完成。目录8路抢答器电路的设计与调试1.数码显示器数码显示器按显示方式分为分段式、点阵式和重叠式，按发光材料分为半导体显示器、荧光显示器、液晶显示器和气体放电显示器。目前工程上应用较多是分段式半导体显示器，通常称为七段发光二极管显示器（LED），以及液晶显示器（LCD）。LED主要用于显示数字和字母，LCD可以显示数字、字母、文字和图形等。目录8路抢答器电路的设计与调试图2-16七段发光二极管显示器符号和电路图目录8路抢答器电路的设计与调试2.显示译码器驱动共阴极显示器需要输出为高电平有效的显示译码器，而共阳极显示器则需要输出为低电平有效的显示译码器。表2-9给出了常用的7448七段发光二极管显示译码器功能表。目录8路抢答器电路的设计与调试目录8路抢答器电路的设计与调试知识拓展一、数据选择器及用法1.数据旋转器及用法数据选择器又称为多路选择器或多路开关，它是多输入单输出的组合逻辑电路。其作用是通过选择，把多个通道的数据传送到唯一的公共数据通道中去。实现数据选择功能的逻辑电路称为数据选择器。它的作用相当于多个输入的单刀多掷开关，四选一数据选择器的功能示意图如图2-18所示。在选择控制变量A1、A0的作用下，选择输入数据D0～D3中的某一个为输出数据Y目录8路抢答器电路的设计与调试图2-18四选一数据选择器功能示意图目录8路抢答器电路的设计与调试1)74LS151集成电路数据选择器74LS151是常用的集成八选一数据选择器，它有3个地址输入端A2、A1、A0，可选择D0～D8共8端，同相输出端Y和反相输出端W。其引脚图如图2-19所示，功能表见表2-10。该电路的输入使能端G为低电平有效。图2-1974ls151引脚图目录8路抢答器电路的设计与调试目录8路抢答器电路的设计与调试输出Y的表达式为7i0iiYDm其中,mi为A2、A1、A0的最小项，D0～D7为8个输入数据。例如，当A2A1A0=010时，根据最小项性质，只有m2=1，其余都为0，所以Y=D2，即D2的数据传送到输出端。目录8路抢答器电路的设计与调试2)数据选择器的芯片种类很多，常用的有2选1数据选择器，如74157；4选1数据选择器，如74153；8选1数据选择器，如74151；16选1数据选择器，如74150。数据选择器除了用来传送数据外，还可用于组合逻辑函数的实现。目录8路抢答器电路的设计与调试引例解析请看下面的案例目录8路抢答器电路的设计与调试例2-3试用8选1数据选择器74LS151实现逻辑函数。YABCABCABCABC根据74LS151数据选择器的功能，有，如果将函数中包含的最小项所对应的数据输入端接逻辑1，其他数据输入端接逻辑0，就可用数据选择器实现该逻辑函数。将逻辑函数的最小项表达式转换为与74L