两个四选一数据选择器组成八选一_译码器和数据选择器

实验四 　译码器及其应用

　　一、实验目的

　　1.掌握中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法

　　2.熟悉数码管的使用

二、实验原理

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。译码器可分为通用译码器和显示译码器两类。前者又分为变量译码器和代码变换译码器。

1.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4－1(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，～为译码输出端，S₁、、为使能端。

         (a)                                          (b)

图4－1  3－8线译码器74LS138逻辑图及引脚排列

表4－1为74LS138功能表

当S₁＝1，＋＝0时，器件使能，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，＋ ＝X时，或 S₁＝X，＋＝1时，译码器被禁止，所有输出同时为1。

  表4－1

输    入					输       出
S1	+	A2	A1	A0
1	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1
1	0	0	0	1	1	0	1	1	1	1	1	1
1	0	0	1	0	1	1	0	1	1	1	1	1
1	0	0	1	1	1	1	1	0	1	1	1	1
1	0	1	0	0	1	1	1	1	0	1	1	1
1	0	1	0	1	1	1	1	1	1	0	1	1
1	0	1	1	0	1	1	1	1	1	1	0	1
1	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0
0	×	×	×	×	1	1	1	1	1	1	1	1
×	1	×	×	×	1	1	1	1	1	1	1	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入端输入数据信息，器件就成为一个数据分配器(又称多路分配器)，如图4－2所示。若在S₁输入端输入数据信息，＝＝0，地址码所对应的输出是S₁数据信息的反码；若从端输入数据信息，令S1＝1、＝0，地址码所对应的输出就是端数据信息的原码。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4－3所示，实现的逻辑函数是

Z＝＋ABC

                图4－2   作数据分配器           图4－3  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4－4所示。

   

                  图4－4   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4－5(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数码管可用来显示一位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译码功能，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(“0”电平驱动)

(c) 符号及引脚功能

图 4－5   LED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CC4511 BCD码锁存／七段译码／驱动器。驱动共阴极LED数码管。

图4－6为CC4511引脚排列 

图4－6  CC4511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”

   —  消隐输入端，＝“0”时，译码输出全为“0”

   LE —  锁定端，LE＝“1”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4－2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入限流电阻即可工作。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。 

表4－2

输        入							输       出
LE			D	C	B	A	a	b	c	d	e	f	g	显示字形
×	×	0	×	×	×	×	1	1	1	1	1	1	1
×	0	1	×	×	×	×	0	0	0	0	0	0	0	消隐
0	1	1	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	0
0	1	1	0	0	0	1	0	1	1	0	0	0	0
0	1	1	0	0	1	0	1	1	0	1	1	0	1
0	1	1	0	0	1	1	1	1	1	1	0	0	1
0	1	1	0	1	0	0	0	1	1	0	0	1	1
0	1	1	0	1	0	1	1	0	1	1	0	1	1
0	1	1	0	1	1	0	0	0	1	1	1	1	1
0	1	1	0	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0
0	1	1	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1
0	1	1	1	0	0	1	1	1	1	0	0	1	1
0	1	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	消隐
0	1	1	1	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	消隐
0	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	消隐
0	1	1	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	消隐
0	1	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	消隐
0	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	消隐
1	1	1	×	×	×	×	锁    存							锁存

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码接至译码器的相应输入端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4－7所示。

图4－7  CC4511驱动一位LED数码管

三、实验设备与器件

    1.＋5V直流电源          2.双踪示波器

    3.连续脉冲源             4.逻辑电平开关

    5.逻辑电平显示器         6.拨码开关组

    7、译码显示器            8.74LS138×2     CC4511

四、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开关的输出A_i、B_i、C_i、D_i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6－2输入的要求揿动四个数码的增减键(“＋”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、、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4－1逐项测试74LS138的逻辑功能。

    3.  3/8线译码器组合成一个4线—16线译码器，并进行实验。

   五、实验预习要求

    1.复习有关译码器和分配器的原理。

    2.根据实验任务，画出所需的实验线路及记录表格。

   六、实验报告

    1.画出实验线路，把观察到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。

实验五  数据选择器及其应用

   一、实验目的

   1.掌握中规模集成数据选择器的逻辑功能及使用方法

   2.学习用数据选择器构成组合逻辑电路的方法

   二、实验原理

数据选择器又叫“多路开关”。数据选择器在地址码(或叫选择控制)电位的控制下，从几个数据输入中选择一个并将其送到一个公共的输出端。数据选择器的功能类似一个多掷开关，如图5－1所示，图中有四路数据D₀～D₃，通过选择控制信号 A₁、A₀(地址码)从四路数据中选中某一路数据送至输出端Q。   

数据选择器为目前逻辑设计中应用十分广泛的逻辑部件，它有2选1、4选1、8选1、16选1等类别。

数据选择器的电路结构一般由与或门阵列组成，也有用传输门开关和门电路混合而成的。

    1.八选一数据选择器74LS151

    74LS151为互补输出的8选1数据选择器，引脚排列如图5－2，功能如表5－1。  

选择控制端(地址端)为A₂～A₀，按二进制译码，从8个输入数据D₀～D₇中，选择一个需要的数据送到输出端Q，为使能端，低电平有效。

 

图5－1  4选1数据选择器示意图         图 5－ 2  74LS151引脚排列

   表5－1 

输        入				输  出
	A2	A1	A0	Q
1	×	×	×	0	1
0	0	0	0	D0
0	0	0	1	D1
0	0	1	0	D2
0	0	1	1	D3
0	1	0	0	D4
0	1	0	1	D5
0	1	1	0	D6
0	1	1	1	D7

1)使能端＝1时，不论A₂～A₀状态如何，均无输出(Q＝0，＝1)，多路开关被禁止。

2)使能端＝0时，多路开关正常工作，根据地址码A₂、A₁、A₀的状态选择D₀～D₇中某一个通道的数据输送到输出端Q。

    如：A₂A₁A₀＝000，则选择D₀数据到输出端，即Q＝D₀。

    如：A₂A₁A₀＝001，则选择D₁数据到输出端,即Q＝D₁，其余类推。

    2.双四选一数据选择器 74LS153

所谓双4选1数据选择器就是在一块集成芯片上有两个4选1数据选择器。引脚排列如图5－3，功能如表5－2。

              表5－2 

输      入			输  出
	A1	A0	Q
1	×	×	0
0	0	0	D0
0	0	1	D1
0	1	0	D2
0	1	1	D3

    图5－3  74LS153引脚功能

、为两个独立的使能端；A₁、A₀为公用的地址输入端；1D₀～1D₃和2D₀～2D₃分别为两个4选1数据选择器的数据输入端；Q₁、Q₂为两个输出端。

    1)当使能端()＝1时，多路开关被禁止，无输出，Q＝0。

    2)当使能端()＝0时，多路开关正常工作，根据地址码A₁、A₀的状态，将相应的数据D₀～D₃送到输出端Q。

    如：A₁A₀＝00  则选择D_O数据到输出端，即Q＝D₀。

        A₁A₀＝01  则选择D₁数据到输出端，即Q＝D₁，其余类推。

    数据选择器的用途很多，例如多通道传输，数码比较，并行码变串行码，以及实现逻辑函数等。

    3.数据选择器的应用—实现逻辑函数

    例1：用8选1数据选择器74LS151实现函数   

采用8选1数据选择器74LS151可实现任意三输入变量的组合逻辑函数。

作出函数F的功能表，如表5－3所示，将函数F功能表与8选1数据选择器的功能表相比较，可知(1)将输入变量C、B、A作为8选1数据选择器的地址码A₂、A₁、A₀。(2)使8选1数据选择器的各数据输入D₀～D₇分别与函数F的输出值一一相对应。 

表5－3

输  入			输 出
C	B	A	F
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	1
0	1	1	1
1	0	0	1
1	0	1	1
1	1	0	1
1	1	1	0

即：A₂A₁A₀＝CBA， 

        D₀＝D₇＝0

        D₁＝D₂＝D₃＝D₄＝D₅＝D₆＝1

    则8选1数据选择器的输出Q便实现了函数 

接线图如图5－4所示。

图5－4   用8选1数据选择器实现

    显然，采用具有n个地址端的数据选择实现n变量的逻辑函数时, 应将函数的输入变量加到数据选择器的地址端(A),选择器的数据输入端(D)按次序以函数F输出值来赋值。

例2：用8选1数据选择器74LS151实现函数                        

    (1)列出函数F的功能表如表5-4所示。

(2)将A、B加到地址端A₁、A₀，而A₂接地，由表5－4可见，将D₁、D₂接“1”及D₀、D₃接地，其余数据输入端D₄～D₇都接地,则8选1数据选择器的输出Q，便实现了函数   

接线图如图5－5所示。

表5－4

B	A	F
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

                                                图5－5  8选1数据选择器实现

                                                的接线图

    显然，当函数输入变量数小于数据选择器的地址端(A)时，应将不用的地址端及不用的数据输入端(D)都接地。

    例3：用4选1数据选择器74LS153实现函数

   函数F的功能如表5－5所示                                表5－6

输    入			输出	中  选 数据端
A	B	C	F
0	0	0 1	0 0	D0＝0
0	1	0 1	0 1	D1＝C
1	0	0 1	0 1	D2＝C
1	1	0 1	1 1	D3＝1

表5－5                               输    入			输出
A	B	C	F
0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	0
0	1	1	1
1	0	0	0
1	0	1	1
1	1	0	1
1	1	1	1

  函数F有三个输入变量A、B、C，而数据选择器有两个地址端A₁、A₀少于函数输入变量个数，在设计时可任选A接A₁，B接A₀。将函数功能表改画成5－6形式，可见当将输入变量A、B、C中B接选择器的地址端A₁、A₀，由表5－6不难看出：

D₀＝0，  D₁＝D₂＝C，  D₃＝1

   则4选1数据选择器的输出，便实现了函数接线图如图5－6所示。

图5－6  用4选1数据选择器实现

当函数输入变量大于数据选择器地址端(A)时，可能随着选用函数输入变量作地址的方案不同，而使其设计结果不同，需对几种方案比较，以获得最佳方案。

    三、实验设备与器件 

    1.＋5V直流电源      2.逻辑电平开关  

    3.逻辑电平显示器     4.74LS151(或CC4512)，74LS153(或CC4539)

    四、实验内容

    1.测试数据选择器74LS151的逻辑功能

接图5－7接线，地址端A₂、A₁、A₀、数据端D₀～D₇、使能端接逻辑开关，输出端Q接逻辑电平显示器，按74LS151功能表逐项进行测试，记录测试结果。

图5－7  74LS151逻辑功能测试

    2.测试74LS153的逻辑功能

测试方法及步骤同上，记录之。

    3.用8选1数据选择器74LS151设计三输入多数表决电路

      1)写出设计过程

      2)画出接线图

      3)验证逻辑功能

    4.用双4选1数据选择器74LS153实现全加器

      1)写出设计过程

      2)画出接线图

3)验证逻辑功能

    五、预习内容

1.复习数据选择器的工作原理；

2.用数据选择器对实验内容中各函数式进行预设计；

六、实验报告

用数据选择器对实验内容进行设计、写出设计全过程、画出接线图、进行逻辑功能测试；总结实验收获、体会。