实验四编码器、译码器、数码管
一、实验目的
1．掌握编码器、译码器和七段数码管的工作原理和特点。

2．熟悉常用编码器、译码器、七段数码管的逻辑功能和他们的典型应用。

3. 熟悉“数字拨码器”（即“拨码开关”）的使用。

二、实验器材
1. 数字实验箱 1台
2. 集成电路：74LS139、 74LS248、 74LS145、 74LS147、 74LS148 各1片
74LS138 2片
3. 电阻： 200Ω 14个
4. 七段显示数码管：LTS—547RF 1个
三、预习要求
1．复习编码器、译码器和七段数码管的工作原理和设计方法。

2. 熟悉实验中所用编码器、译码器、七段数码管集成电路的管脚排列和逻辑功能。

3. 画好实验用逻辑表。

四、实验原理和电路
按照逻辑功能的不同特点，常把数字电路分成两大类：一类叫做组合逻辑电路，另一类叫做时序逻辑电路。

组合逻辑电路在任何时刻其输出信号的稳态值，仅决定于该时刻各个输人端信号的取值组合。

在这种电路中，输入信号作用以前电路的状态对输出信号无影响。

通常，组合逻辑电路由门电路组成。

（一）组合逻辑电路的分析方法：
a．根据逻辑图，逐级写出函数表达式。

b．进行化简：用公式法或图形法进行化简、归纳。

必要时，画出真值表分析逻辑功能。

（二）组合逻辑电路的设计方法：
从给定逻辑要求出发，求出逻辑图。

一般分以下四步进行。

a．分析要求：将问题分析清楚，理清哪些是输入变量，哪些是输出函数。

进行逻辑变量定义（即定义字母A、B、C、D ……所代表的具体事物）。

b. 根据要求的输入、输出关系，列出真值表。

c. 进行化简：变量比较少时，用图形法；变量多时，可用公式法化简。

化简后，得出逻辑式。

d. 画逻辑图：按逻辑式画出逻辑图。

进行上述四步工作，设计已基本完成，但还需选择元件——数字集成电路，进行实验论证。

值得注意的是，这些步骤的顺序并不是固定不变的，实际设计时，应根据具体情况和问题难易程度进行取舍。

（三）常用组合逻辑电路：
1．编码器
编码器是一种常用的组合逻辑电路，用于实现编码操作。

编码操作就是将具体的事物或状态表示成所需代码的过程。

按照所需编码的不同特点和要求，编码器主要分成二类：
普通编码器和优先编码器。

普通编码器：电路结构简单，一般用于产生二进制编码。

包括： a ．二进制编码器：如用门电路构成的4—2线，8—3线编码器等。

b ．二一十进制编码器：将十进制的0～9编成BCD 码，
优先编码器：当有一个以上的输入端同时输入信号时，普通编码器的输出编码会造成混乱。

为解决这一问题，需采用优先编码器。

如8线—3线集成二进制优先编码器74LS148、10线—4线集成BCD 码优先编码器74LS147等。

2．译码器
译码器也是一种组合逻辑电路。

所谓译码，就是把代码的特定含义“翻译”出来的过程。

实现译码操作的电路称为译码器。

译码器分成两类：
状态译码器：将代码所代表的事物和状态“翻译”出来的译码器。

常用的状态译码器有：集成二进制译码器：2线—4线译码器74LS139，3线—8线译码器74LS138；二—十进制译码器（BCD 码—十进制）74LS145等。

显示译码器：将代码“翻译”成七段数码管的显示码，用来驱动各种数字显示器，如共阴极数码管译码驱动器74LS48和74LS248，共阳数码管译码驱动74LS47和74LS247等。

三、实验容及步骤
（一）译码器实验
1．状态译码实验：
① 将2线-4线译码器74LS139和3线-8译码器74LS138分别插入实验箱的IC 插座中。

② 按图3.1接线，输入G 、B 、A 信号，观察LED 输出 Y 0、Y 1、Y 2、Y 3的状态，并将结果填人表 3.1 中。

（G 是使能端）
③ 按图3.2接线，输入G1、G2A 、G2B 、A 、B 、C 信号，观察LED 输出Y 0～Y 7。

当使能信号G 1、G 2A 、G 2B 满足表3.2条件时，译码器选通。

（G 1、G 2A 、G 2B 是使能端）
图
3.1 74LS139 2-4线译码器 实验电路
逻逻逻逻K1K2K3
VCC
LED
.
VCC Y0Y1Y2Y3
G B
A
GND 1645
678
231
1/2 74LS139图 3.2 74LS138 3-8线译码器
实验电路
④ 译码器扩展，用一片74LS139双2一4线译码器可接成 3—8线译码器。

用两片74LS138 3—8线译码器可组成 4—16线译码器，按图3.3接线，即可完成2—4线、3一8线译码器的扩展。

同样的方法，可
完成更多的N →2N 译码器的扩展功能。

⑤ BCD 码—十进制译码器实验
将BCD 码—十进制译码器74LSl45插入实验箱中，按图3.4接线。

其中BCD 码用数字实验箱的8421码拨码开关产生（8421拨码开关的工作原理见附录E ），74LS145的译码输出Y 0～Y 9与发光二极管LED 相连。

按动拨码开关，观察译码器输出指示灯LED 的显示位置是否和拨码开关所指示的十进制数字一致。

（注：拨码开关的输出端A 、B 、C 、D 也可接到数字
Y0Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
Y8
Y9
Y10Y11Y12Y13Y14Y15
'
箱的输出指示灯上，以便观察拨码开关的输出BCD 码值）。

2．显示译码实验
将显示译码驱动集成电路74LS248（或74LS48）和共阴极数码管插入实验箱空IC 插座中， 按图3.5接线。

图3.6为共阴极数码管LTS-547RF 管脚排列图（字面向上）。

接通电源后，观察数码管显示结果是否和拨码开关指示数据一致，记录结果。

如不用8421拨码开关，也可用四位逻辑开关代替。

说明：
a. 74LS48和74LS248的引脚和使用方法完全相同，显示字型略有不同。

74LS248较好。

b. 7段数码管部由发光二极管（LED ）组成字型的笔画。

根据LED 的连接方式不同分成共阴型和共阳型两种。

共阴型7段数码管中全部LED 的阴（负）极连接在一起；共阳型7段数码管中全部LED 的阳（正）极连接在一起。

在使用时要正确选择。

c. 7段数码管的dp 为小数点（decimal point ），不参加译码。

G 为公共极，共阳或共阴，两个G 脚部相连。

（二）编码器实验
1．普通编码器实验：根据图3.7所示电路,使用4输入与非门74LS20 组成8—3线普通编码器，其输入接8位逻辑开关，输出A 、B 、C 接输出指示灯LED 。

每个输入信号以低电平为有效信号。

其输入／输出的逻辑关系为：
.
图3.6 7段数码管接脚图
图3.5 显示译码实验电路
00
.
Y 0 = 7531I I I I ⋅⋅⋅ Y 1 = 7
632I I I I ⋅⋅⋅
Y 2 = 7654I I I I ⋅⋅⋅
h g f e ⋅⋅⋅ 由上式可列出真值表如表3.3
所示。

进行实验验证。

表3.3 编码器的真值表
2．10—4线集成优先编码器实验：
将10—4线（十进制—BCD 码）集成优先编码器74LS147插入实验系统IC 空插座中，按照图3.8接线。

其输入接逻辑开关，输出D 、C 、B 、A 接四个输出指示灯LED 。

接通电源，按表3.4要求输入逻辑0—1电平，观察输出结果并填入表3.4中。

（见下页）
3．8—3线集成优先编码器实验：将8—3线集成优先编码器74LS148按上述同样方法进行实验论证。

其接线如图3.9所示。

功能表见表3.5 。

（见下页）
图3.7 与非门组成的编码器实验线路图
六、实验报告要求
1. 整理实验线路图和实验数据、表格。

2. 总结集成电路进行电路扩展的方法。

3. 比较用门电路组成组合逻辑电路和应用专用集成电路各有什么优、缺点。