1、第 4 章编码器与译码器实训实训4编码器与译码器编码器与译码器4.1编码与译码编码与译码4.2编码器与译码器编码器与译码器4.3编编/译码器应用实例译码器应用实例4.4常用编码器与译码器集成电路简介常用编码器与译码器集成电路简介第 4 章编码器与译码器实训实训4 编编/译码及数码显示译码及数码显示1.实训目的（1）了解编码器、译码器和数码管的逻辑功能。（2）熟悉74LS147、74LS48和数码管各管脚功能。（3）进一步掌握数字电路逻辑关系的检测方法。第 4 章编码器与译码器2.实训设备与器件实训设备：逻辑试电笔，示波器，直流稳压电源，集成电路测试仪。实训器件：实验电路板、实训3中调试好的抢答
2、器实验板、二十进制编码器74LS147、字符译码器74LS48、共阴极数码管、非门74LS04各一块。第 4 章编码器与译码器3.实训电路实训电路如图4.1所示。图 4.1 编/译码及数码显示实验电路图第 4 章编码器与译码器4.实训步骤与要求1）预习查集成电路手册，初步了解74LS147、74LS48和数码管的功能，确定74LS147和74LS48的管脚排列，了解各管脚的功能。第 4 章编码器与译码器2）连接电路用集成电路测试仪测试所用集成块，确认完好后，按实验电路图在实验板上安装好实验电路。将实训3中抢答器的指示信号按实训电路所示接到编码器74LS147的I1、I2、I3、I4输入端（即1
3、1、12、13、1脚）。检查电路连接，确认无误后再接电源。第 4 章编码器与译码器3）电路功能显示接通电源，分别触按4个抢答器的抢答键，如果电路工作正常，数码管将分别显示抢答成功者的号码。如果没有显示或显示的不是抢答成功者的号码，说明电路有故障，应予以排除。第 4 章编码器与译码器4）电路逻辑关系检测(1)用逻辑试电笔（或示波器）测试抢答器输入到编码器74LS147的 I1、I2、I3、I4输入端的4个信号，其中应有一个信号是低电平，并且观察该低电平信号与数码管显示的数字有什么关系。第 4 章编码器与译码器2)当4个输入信号 I1、I2、I3、I4分别为低电平时，用逻辑试电笔（或示波器）测试7
4、4LS147的4个输出信号Y0、Y1、Y2、Y3的电平并记录于表4.1中。表中“1”表示高电平，“0”表示低电平。第 4 章编码器与译码器(3)用同样的方法测试译码器74LS48的7个输出端ag的电平并记录于表4.1中。第 4 章编码器与译码器5）74LS147功能试验(1)编码功能。给一块74LS147接通电源和地，在74LS147的9个输入端加上输入信号（按表4.2所示，依次给I1I9加信号），用逻辑试电笔或示波器测试Y0、Y1、Y2、Y3 4个输出端的电平，将测试结果填入表4.2中。第 4 章编码器与译码器第 4 章编码器与译码器(2)优先编码。如果74LS147有两个或两个以上的输入信
5、号同时为低电平，将输出哪一个信号的编码呢？请按表4.3的输入方式，测试相应的输出编码。表中的“”既可以表示低电平，也可以表示高电平。第 4 章编码器与译码器第 4 章编码器与译码器6）数码管功能测试将共阴极数码管的公共电极接地，分别给ag 7个输入端加上高电平，观察数码管的发亮情况，记录输入信号与发亮显示段的对应关系。最后给7个输入端都加上高电平，观察数码管的发亮情况。第 4 章编码器与译码器7）74LS48功能试验(1)译码功能：将LT、RBI、BI/RBO端接高电平，输入十进制数09的任意一组8421BCD码（原码），则输出端ag也会得到一组相应的7位二进制代码。如果将这组代码输入到数码管
6、，就可以显示出相应的十进制数。第 4 章编码器与译码器(2)试灯功能。给试灯输入LT加低电平，而BI/RBO端加高电平时，则输出端ag均为高电平。若将其输入数码管，则所有的显示段都发亮。此功能可以用于检查数码管的好坏。(3)灭灯功能。将低电平加于灭灯输入BI/RBO时，不管其他输入为什么电平，所有输出端都为低电平。将这样的输出信号加至数码管，数码管将不发亮。第 4 章编码器与译码器(4)动态灭灯功能。RBI为灭零输入信号，其作用是将数码管显示的数字0熄灭。当RBI=0，且Y3Y2Y1Y0=0000时，若LT=1，ag输出为低电平，数码管无显示。利用该灭零端，可熄灭多位显示中不需要的零。不需要灭
7、零时，RBI=1。第 4 章编码器与译码器5.实训分析（1）从步骤3）的试验可以看出，该实训电路的功能就是在数码管上显示出 4 位抢答者的号码。在该实验中我们只有4个输入信号，如果有10个输入信号，则数码管将可以显示09这10个数字。第 4 章编码器与译码器（2）分析步骤4）中第(1)步的测试结果可知，无论哪个输入信号为低电平，数码管将显示该输入端号码。如果所有的输出信号都为高电平，则数码管将显示数字0。（3）表4.的数据表明74LS147是将一个输入信号编成了一组相应的二进制代码，因此称其为编码器。第 4 章编码器与译码器（4）观察步骤4）中第(3)步的结果发现，ag 7个信号中哪个信号为高
8、电平，数码管与之相对应的那一段就会发亮。在74LS48输入端输入不同的二进制代码时，ag的输出也不同，数码管将显示不同的数字。ag的信号电平是按照输入代码对字型的要求输出的，因此称74LS48为字符译码器。第 4 章编码器与译码器4.1 编编 码码 与与 译译 码码4.1.1 编码与译码的概念编码与译码的概念一位二进制代码叫做一个码元，它有0、1两种状态。n个码元可以有2n种不同的组合。每种组合称为一个码字。用不同码字表示各种各样的信息，就是二进制编码。第 4 章编码器与译码器4.1.2 常用编码及特点常用编码及特点1.二进制编码（1）自然二进制编码。这种编码是按数的自然顺序进行编码的二进制码
9、。n位自然二进制码各位的权值分别为2n1，2n2，,21，20。每个码字代表一个信息，共有2n个信息。4位自然二进制码如表4.4所示。第 4 章编码器与译码器第 4 章编码器与译码器（2）循环码。循环码又称格雷（Gray）码。这种编码没有固定的权值，并且任意两个相邻码字之间只有1位码元不同。有人把这种特性称为单位间距特性。具有这种特性的编码称为单位间距码。这类编码可以从编码形式上杜绝瞬间状态的模糊现象，避免某些逻辑差错或者噪声。第 4 章编码器与译码器从表4.4中可见，循环码中每一位代码从上到下的排列顺序是以固定周期进行循环的。其中右起第一位的循环周期是“0110”，第二位是“00111100
10、”，第三位是“0000111111110000”，等等。4位循环码以最高位0与1之间位轴对折，除反射位外，其他3位均互为镜像。故有时也将循环码称为反射码。第 4 章编码器与译码器2.二-十进制编码（1）8421BCD码是用4位二进制数表示1位十进制数，这4位二进制数的权分别为8、4、2、1。（2）2421BCD码的4位二进制数的权分别是2、4、2、1，这种BCD码的编码方案不是惟一的，表4.5中列出了其中两种。第 4 章编码器与译码器（3）5421BCD码的4位二进制数的权分别是5、4、2、1，这种BCD码的编码方案也不是惟一的，表4.5中也列出了其中两种。（4）余3码为无权码，它是在8421
11、BCD码的基础上加二进制数0011（十进制数3）而得到的。（5）余3循环码由循环码加3而成。第 4 章编码器与译码器（6）右移码的构成方法是，令十进制数0的右移码为00000，而其他数的右移码的右边4位由前一码组右移一位得到，而最左一位则是前一码组最右一位取反的结果。余3循环码、右移码和循环码一样，都具有单位间距特性。第 4 章编码器与译码器第 4 章编码器与译码器3.字符编码若是偶校验，就选择第8位码的取值，使b8b1中1的个数为偶数个；若是奇校验，就使b8b1中1的个数为奇数个。b7b1有27=128种码字，其中有52个大、小写英文字母，34个控制符，09共10个数字符，32个标点符号及运
12、算符。其编码表如表4.6所示。表4.6中控制字符的含义如表4.7所示。第 4 章编码器与译码器第 4 章编码器与译码器4.1.3 如何选择编码如何选择编码当要求信号传输或处理的错误概率小时，应选用具有单位间距特性的编码。因为这类编码的各相邻码组之间只有一位码不同，因此在连续传输、译码时的可靠性高，能消除译码噪声产生的逻辑错误。第 4 章编码器与译码器一般数字设备多采用8421BCD码，因而在应用时应尽量采用8421BCD码，以避免增加码制转换电路。在处理信号时，常常需要对信号进行左、右移位。对这类信号的编码应尽量采用移位编码，以简化电路。第 4 章编码器与译码器为了对付信道干扰，保证数据传输的
13、可靠性，在发端按一定的规则往待传输的数据中加入一些多余但又能检验的数据位（冗余位），使传输数据满足一定的规律，以便于接收端检错和纠错，这个过程就叫纠错编码。在通信中要传输和交换信息，就会用到ASCII码或ISO码，为了纠错，要附加一位奇偶检验位。第 4 章编码器与译码器4.2 编码器与译码器编码器与译码器4.2.1 常用编码器常用编码器1.编码器概述编码器就是实现编码操作的电路。编码器的表示方法通常有功能表（真值表）、逻辑图、逻辑表达式、波形图等几种。这些表示方法可以互相转换。编码器的模型如图4.2（a）所示。第 4 章编码器与译码器图 4.2 编码器模型和4-2线编码器第 4 章编码器与译码
14、器通常编码器有m个输入端（I0Im1），需要编码的信号从此处输入；有n个输出端（Y0Yn1），编码后的二进制信号从此处输出。m与n之间满足关系m2n。第 4 章编码器与译码器编码器还有使能输入端EI，用于控制编码器是否进行编码;使能输出端EO和优先标志输出端CS等一些控制端，它们主要用于编码器间的级联。编码器的功能就是从m个输入信号中选中一个并编成一组二进制代码并行输出。第 4 章编码器与译码器设计要求是将4位抢答者的抢答信号（假设为A3A2A1A0）编成二进制代码。根据m2n=4 的原则，输出是一组n=2的二进制代码，用F1F0表示。根据设计要求，可列出如表4.9所示的真值表。第 4 章编码
15、器与译码器第 4 章编码器与译码器由于输入变量互相排斥，即抢答器在任何时刻，只能有一个输入变量为1。根据这一特殊约束条件，只要将输出函数值为1时的输入变量直接加起来就可得到F1、F0的表达式：F1=A3+A2F0=A3+A1用或门实现该编码器的示意图如图4.2（b）所示。由于该编码器有4个输入端，2个输出端，故称为42线编码器。第 4 章编码器与译码器2.二进制编码器74LS148是83线优先编码器，常用于优先中断系统和键盘编码。它有8个输入信号，3位输出信号。由于是优先编码器，故允许多个输入信号同时有效，但只对其中优先级别最高的有效输入信号编码，而对级别较低的不响应。其功能表如表4.10所示
16、。第 4 章编码器与译码器第 4 章编码器与译码器74LS148编码器的引脚图及逻辑符号如图4.3所示。图 4.3 74LS148的引脚图和逻辑符号（a）引脚图;（b）逻辑符号第 4 章编码器与译码器3.二-十进制编码器74LS147编码器的功能表如表4.11所示。由该表可见，编码器有9个输入端（I1I9）和4个输出端（Y3、Y2、Y1、Y0）。其中 I9状态信号级别最高，I1状态信号级别最低。Y3、Y2、Y1、Y0为编码输出端，以反码输出，Y3为最高位，Y0为最低位。第 4 章编码器与译码器第 4 章编码器与译码器74LS147编码器的引脚图及逻辑符号分别如图4.4、4.5所示。图 4.4
17、74LS147引脚图第 4 章编码器与译码器图 4.5 74LS147逻辑符号第 4 章编码器与译码器4.字符编码器例如，计算机键盘的内部就有一个采用ASCII码的字符编码器。它将键盘上的大、小写英文字母、数字、符号及一些功能键等编成一系列的7位二进制代码，送到计算机的CPU进行数字处理后，再输出到显示器或打印机等输出设备上。第 4 章编码器与译码器计算机的显示器和打印机也都使用专用的字符编码器。显示器把每个被显示的字符分成m行，每行又分成n列，每行用一组n位的二进制数来表示。因此每一个字符变成mn的二进制阵列。显示时，只要按行将某字符的行二进制编码送到屏幕上，经过m行后，一个完整的字符就显示
18、在屏幕上。这些字符的编码都存储在ROM中。第 4 章编码器与译码器4.2.2 常用译码器常用译码器1.译码器概述译码器的模型如图4.6（a）所示，它有n个输入端，需要译码的n位二进制代码从这里并行输入；有m个译码输出端，另外还有若干个使能控制端SX，用于控制译码器的工作状态和译码器间的级联。第 4 章编码器与译码器图 4.6 译码器示意图第 4 章编码器与译码器作为例子，我们来看一个简单的两位二进制代码的译码器，其逻辑图如图4.6（b）所示，其输入是一组两位二进制代码AB，输出是与代码状态相对应的4个信号Y3Y2Y1Y0。将各种输入信号取值组合送入译码器，可得到相应的输出信号。其真值表如表4.
19、12所示。第 4 章编码器与译码器第 4 章编码器与译码器2.二进制译码器二进制译码器是把二进制代码的所有组合状态都翻译出来的电路。如果输入信号有n位二进制代码，输出信号为m个，则m=2n。下面以常用的74LS138为例讨论二进制译码器。该译码器有3个输入端A2、A1、A0和8个输出端Y0Y7，故称为3-8线译码器,其功能表如表4.13所示。第 4 章编码器与译码器第 4 章编码器与译码器例如，用两片38线译码器74LS138构成416线译码器的具体连接电路如图4.7所示。4位输入变量ABCD中的D接到74LS138（1）的S2、S3和74LS138（2）的S1，其他3位输入变量ABC分别接两
20、片74LS138的变量输入端A2、A1、A0。第 4 章编码器与译码器图 4.7 两片74LS138扩展成4-16线译码器第 4 章编码器与译码器3.二十进制译码器表4.14是74LS42BCD-十进制译码器功能表。由该表可见，该译码器有4个输入端A3A2A1A0，并且按8421BCD编码输入数据;有10个输出端Y9Y0，分别与十进制数09相对应，低电平有效。对于某个8421BCD码的输入，相应的输出端为低电平，其他输出端为高电平。当第 4 章编码器与译码器第 4 章编码器与译码器74LS42二-十进制译码器的逻辑图如图4.8所示。图 4.8 74LS42逻辑符号第 4 章编码器与译码器4.字
21、符显示译码器目前常用的数码显示器件有发光二极管（LED）组成的七段显示数码管和液晶（LCD）七段显示器等。它们一般由a、b、c、d、e、f、g七段发光段组成。根据需要，让其中的某些段发光，即可显示数字09，如图4.9（a）所示。第 4 章编码器与译码器图4.9 七段显示器和74LS47的逻辑符号第 4 章编码器与译码器1）七段显示译码器配合各种七段显示器有许多专用的七段显示译码器，除了74LS48外，74LS47也是常用的有多种功能的显示译码器，图4.9（b）是它的逻辑符号。图中 D、C、B、A为8421BCD代码输入端，a、b、c、d、e、f、g是驱动七段显示器的输出信号。74LS47功能表
22、如表4.15所示。第 4 章编码器与译码器第 4 章编码器与译码器一个4位数字显示器，要将显示的0027的高位两个0熄灭，而显示成27时，可按图4.10连接。图中用4块74LS47，将第一块的RBI接地，即RBI=0，因这块输入为0000，所以本位的十进制数字0不显示，而且本位的RBO=0，将其连接到第二块的RBI端，又因第二块的输入数码也是0000，所以第二块的十进制数0也不显示。第 4 章编码器与译码器图4.10 4位数字显示第 4 章编码器与译码器2）译码器和显示器的用法 LED显示电路七段数码管可以是共阴极结构，也可以是共阳极结构。图4.11（a）为共阴极连接方式，图4.11（b）为共
23、阳极连接方式。第 4 章编码器与译码器图 4.11 发光二极管的两种连接(a)共阴极连接；(b)共阳极连接第 4 章编码器与译码器图4.12是LED七段显示器和译码驱动电路的连接实例。图中LED七段显示器的驱动电路是由74LS47译码器、1 k的双列直插限流电阻排、七段共阳极LED显示器组成的。由于74LS47是集电极开路输出（OC门），驱动七段数码管时需要外加限流电阻。第 4 章编码器与译码器其工作过程是：输入的8421BCD码经译码器译码后，产生7个低电平有效的输出信号，这7个输出信号通过限流电阻分别接至七段共阳极显示器对应的7个段；当LED显示器的7个输入端有一个或几个为低电平时，与其对
24、应的字段点亮。第 4 章编码器与译码器图 4.12 LED七段显示器译码驱动电路逻辑图第 4 章编码器与译码器 LCD显示电路图4.13是一位七段LCD显示器驱动电路的逻辑图。信号AG是七段译码器输出的每段信号电平。显示驱动信号Dfi一般为50100 Hz(数字钟、数字表往往是32 Hz或 64 Hz）的脉冲信号。该信号同时加到液晶显示器的公共电极上。第 4 章编码器与译码器图 4.13 一位七段LCD数字显示器驱动电路的逻辑图第 4 章编码器与译码器 4.3 编编/译码器应用实例译码器应用实例4.3.1 编码器的应用编码器的应用1.微控制器报警编码电路图4.14所示为利用74LS148编码器
25、监视8个化学罐液面的报警编码电路。若8个化学罐中任何一个的液面超过预定高度时，其液面检测传感器便输出一个0电平到编码器的输入端。第 4 章编码器与译码器图 4.14 74LS148微控制器报警编码电路第 4 章编码器与译码器2.用编码器构成A/D转换器图4.15为74LS148构成的A/D转换器。这个电路主要由比较器、寄存器和编码器3部分组成。第 4 章编码器与译码器图 4.15 A/D转换器第 4 章编码器与译码器输入信号UI（模拟电压），同时加到7个比较器（C1C7）的反相端。基准电源UR经串联电阻分压为8级，量化单位q=UR/7。各基准电压分别加到比较器的同相端。若UI大于基准电压时，比
26、较器Ci的输出电压UCi=0，否则UCi=1。7个比较器的基准电压依次为 第 4 章编码器与译码器第 4 章编码器与译码器4.3.2 译码器的应用译码器的应用1.译码器作地址译码器图4.16所示是4输入变量译码器用于半导体只读存储器地址译码的一个实例。图中，译码器的输出用来控制存储器的片选端CS,该输出信号取决于高位地址码A5A8。A5A8 4位地址有16个输出信号。第 4 章编码器与译码器图 4.16 四输入变量译码器用于存储器的地址译码第 4 章编码器与译码器2.用译码器构成数据分配器或时钟分配器将带使能端的3-8线译码器74LS138改作8路数据分配器的电路图如图4.17（a）所示。译码
27、器使能端作为分配器的数据输入端，译码器的输入端作为分配器的地址码输入端，译码器的输出端作为分配器的输出端。第 4 章编码器与译码器图 4.17 74LS138改作8路分配器第 4 章编码器与译码器例如，要将输入信号序列00100100分配到Y0通道输出，只要使地址码X2X1X0=000，输入信号从D端输入，Y0端即可得到和输入信号相同的信号序列,其波形图如图 4.17（b）所示。第 4 章编码器与译码器此时，其余输出端均为高电平。若要将输入信号分配到Y1输出端，只要将地址码变为001即可。依此类推，只要改变地址码，就可以把输入信号分配到任何一个输出端输出。74LS138作分配器时，按图4.17
28、（a）接法可得到数据的原码输出。若将数据加到S1端，而S2、S3接地，则输出端得到数据的反码。第 4 章编码器与译码器3.用译码器实现逻辑函数【例4.1】用全译码器实现逻辑函数解 （1）全译码器的输出为输入变量的相应最小项之非，故先将逻辑函数式F写成最小项之反的形式。由德摩根定理得：第 4 章编码器与译码器（2）F有三个变量，因而选用三变量译码器。（3）变量A、B、C分别接三变量译码器的A2 A1 A0端，则有：图4.18是用三变量译码器74LS138实现以上函数的逻辑图。第 4 章编码器与译码器图 4.18 用74LS138实现逻辑函数第 4 章编码器与译码器4.译码器用于灯光控制图4.19
29、是用于娱乐场所或电子玩具中的滚环追逐电路。该电路能够产生正、反两方向循环或双向循环，并有常态和闪烁两种方式。第 4 章编码器与译码器图 4.19 滚环追逐电路第 4 章编码器与译码器图中用555构成多谐振荡器，输出为一串矩形脉冲。它的充电路径为：+5 VR1R2C地，输出为高电平（R1=4.7 k，R2=10 k）。放电路径为CR2TD（555内放电管）地，输出为低电平。电容C上的充放电，使得555连续翻转,产生矩形脉冲。其脉冲宽T10.7(R1+R2)C,脉冲休止期T20.7R2C，周期T=T1+T2。调整C的值，可改变振荡器的输出频率。C1=0.01 F，用作旁路电容。第 4 章编码器与译
30、码器555输出的脉冲信号CP，同时送到74LS393的两个计数脉冲输入端，使它们同步工作。Q3Q0为16分频器的输出信号，它们以二进制方式记录CP的脉冲数。计满16个脉冲后，又回到起始状态，重新开始计数。MR接地时，正常计数；MR接高电平时，Q3Q0置0。第 4 章编码器与译码器开关S1断开，555产生一串矩形脉冲。S2有“闪烁”和“常态”两种状态。S2置“常态”时，相当于MR接地。S3置“正向”，74159（1）的两个使能端接地，片（1）工作；74159（2）的使能端悬空，片（2）不工作。发光二极管按顺序012150正向循环发光。第 4 章编码器与译码器S3置“反向”时，74159（1）不工
31、作，74159（2）工作，发光二极管按顺序1514015反向循环发光。S3置“双向”时，两片74159都工作，一路按正循环发光，一路按反循环发光。第 4 章编码器与译码器S2置“闪烁”时，S3与555输出的矩形脉冲相连。当脉冲是低电平时，74159工作，点亮发光二极管；当脉冲是高电平时，74159处于禁止状态，发光二极管熄灭。在脉冲一个周期内，发光二极管一亮一灭地闪烁，发光顺序仍由S3决定。开关S1闭合时，74159的输出信号维持不变，即发光二极管某一只或两只亮。第 4 章编码器与译码器由于74159（1）的0线与（2）片的15线，（1）片的1线与（2）片的14线,（1）片的15线与（2）片的
32、0线接起来，使得同一时刻最多只有两只发光二极管同时点亮，因而只用一只限流电阻R3即可。R3=VCC/(2ID)。ID为发光二极管允许流过的电流，应小于74159允许灌入的电流。第 4 章编码器与译码器该电路的电压、电流不能驱动舞台上的彩灯。加驱动电路后，可以提高其输出电压和电流，驱动颜色艳丽的节日灯。调节电容C可改变振荡器的振荡频率。若555输出的频率为60 Hz左右，则该电路可用于控制节日彩灯、商店橱窗广告等场合；若555输出的频率为800900 Hz，则该电路可用于博彩游戏中。第 4 章编码器与译码器5.多路信号的分时传送双4选1数据选择器74LS153的功能表如表4.16所示，逻辑符号如
33、图4.20（a）所示。该集成电路包括两个相同的4选1数据选择器。第 4 章编码器与译码器图 4.20 4路信号分时传送第 4 章编码器与译码器从逻辑图可见（以下叙述中，省去区别A数据选择器和B数据选择器的下标）,I0I3是数据输入端，S1、S0是选择输入端，S1为高位；Z是原码输出；是选通端，低电平有效。=1时，数据选择器不工作，=0时，电路的输出函数表达式为第 4 章编码器与译码器根据S1、S0的取值，决定I0I3中的一个输出。第 4 章编码器与译码器我们选择74LS139（双2-4线译码器）作为译码器，其逻辑符号如图4.20（b）所示,其中，B、A为代码输入端;Y0Y3为输出端，低电平有效;是使能端。第 4 章编码器与译码器图4.20（c）的电路可用来分时传送4路信号。在发端，数据选择器作多路开关（MUX），分时将输入信号送入信息公共传输通道;在收端，译码器作数据分配器（DEMUX），分时将信息公共传输通道上的信号分配至各路。究竟传送哪一路信号，由公用地址A1A0决定。第 4 章编码器与译码器4.4 常用编码器与译码器集成电路简介常用编码器与译码器集成电路简介编码器和译码器集成电路（IC）产品很多，现将常用的编码器、译码器IC列于表4.17中。第 4 章编码器与译码器
