數(shù)字邏輯教學(xué)課件-譯碼器

1、13.3.2 譯碼器 編碼：將具有特定意義的信息（如數(shù)字或字符），編成相應(yīng)的若干位二進制代碼。譯碼則是與編碼相反的過程，即將若干位二進制代碼的原意“翻譯”出來，還原成有特定意義的輸出信息。 1. 二進制譯碼器以三位二進制譯碼為例，其譯碼器（Decoder）的示意圖見圖3-3-4所示，2它有三個輸入端：A0A2，有8個輸出端：Y0Y7，因此，它也稱為3線 8線譯碼器或八進制譯碼器。其功能表見表3-3-5所示，可與三位二進制編碼的情況相對照。圖3-3-4 三位二進制譯碼器示意圖3表3-3-5 三位二進制譯碼器功能表 輸 出 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7輸 入 A2 A1 A0 1

2、 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 14譯碼輸出的邏輯表達式如下： 在輸入A2，A1，A0的任一組取值下，8個輸出Y0Y7中只有一個輸出為1，其余7個輸出都為0。例如，若輸入A2A1A0 = 100，則譯碼輸出Y4 = 1，其余7個輸出都為0。 52. 3線-8線譯碼器74138有許多譯碼

3、器集成電路產(chǎn)品可供選用，這里介紹74138及其應(yīng)用。（1）邏輯功能74138是3線-8線集成譯碼器，其基本功能與上述八進制譯碼器相同，譯碼輸入為三位二進制數(shù)；譯碼輸出端有8個，與一位八進制的八個不同值相對應(yīng)，74138的邏輯符號和邏輯圖及功能表分別如圖3-3-5和表3-3-6所示。 6圖3-3-5 3線-8線譯碼器741387表3-3-6 3線-8線譯碼器74138功能表 HHHHHHHHL HHHHHHHHH L L L LHHHHH HHH L LHHLHHH H HHH LH LHH LH HH HHH LHHHHH LHH HHHHL LHHHH LH HHHH LHHHHHH L H

4、HHHH LHHHHHH LHHHHHHHHHHH H LHLLLLLLLL8與圖3-3-4所示的八進制譯碼器基本電路相比，74138主要有兩個不同的特點： 在正常譯碼（即所謂“使能”）情況下，8個譯碼輸出端 中總是只有一個輸出端為低電平，其余7個譯碼輸出端為高電平。因此，74138的譯碼輸入A0A2為高電平有效，譯碼輸出 為低電平有效。 增設(shè)了3個使能輸入端SA， 。當(dāng)SA ， 分別為H，L，L時，譯碼器才能正常譯碼（見功能表后8行）；否則，譯碼器不能實現(xiàn)譯碼，即不管譯碼輸入A2，A1 A0為何值，8個譯碼輸出 都輸出高電平（見功能表前2行）。 9由功能表和邏輯圖可寫出74138譯碼輸出的邏

5、輯表達式為（考慮使能條件為SA = H， （2）基本應(yīng)用74138的基本用途：以三位二進制數(shù)作為譯碼輸入，以 作為譯碼輸出，接法如圖3-3-6所示。注意：為使其進入“使能”狀態(tài)，以實現(xiàn)正常譯碼，“使能”輸入端SA， 應(yīng)輸入1，0，0； 10此外，譯碼輸出端為低電平有效 在任一組譯碼輸入B2，B1，B0下，8個譯碼輸出W0W7中，總是1個低，7個高。 圖3-3-6 74138的基本應(yīng)用 11（3）擴展應(yīng)用使用譯碼器時常會遇到輸入端太少，不能滿足使用要求的情況，這時可以把幾片有使能端的譯碼器連接成輸入端較多的譯碼器。例如用兩片74138可擴展成4線-16線譯碼器。見圖3-3-7所示。圖中，將片0的

6、SA接“1”電位，把片0的 和片1的SA相連，作為第四個變量D的輸入端，把片0的 和片1的 相連作為4線-16線譯碼器的使能端，其工作原理如下：12 圖3-3-7 74138的擴展應(yīng)用當(dāng) ，若D = 0時，片0處于工作狀態(tài)， 而片1因SA = 0，處于禁止?fàn)顟B(tài)，片1的 為“1”； 中有一個為“0”（取決于輸入ABC的狀態(tài)），13 圖3-3-7 74138的擴展應(yīng)用當(dāng) ，且D = 1時，因片0的 ，片0處于禁止?fàn)顟B(tài)。片0的 為“1”； 片1工作，輸出 中有一個為“0”（取決于輸入ABC的狀態(tài)），這樣片0，片1實現(xiàn)了4線-16線譯碼。 14（4）實現(xiàn)邏輯函數(shù)利用74138和與非門，可實現(xiàn)邏輯函數(shù)。

7、例3-5 用74138實現(xiàn)邏輯函數(shù) 解：用填卡諾圖的辦法可得到函數(shù)Y 的卡諾圖，如圖3-3-8(a)所示，圖3-3-8 用74138實現(xiàn)邏輯函數(shù) 實際上也就得到了函數(shù)的真值表，根據(jù)卡諾圖或真值表，可寫出函數(shù)Y的最小項表達式： 15圖3-3-8 用74138實現(xiàn)邏輯函數(shù) 根據(jù)最小項表達式，將一片74138和一個與非門作如圖3-3-8(b)所示的連接，便實現(xiàn)了該函數(shù)。當(dāng)ABC = 010時，因 為L而使Y 得1；當(dāng)ABC = 110時，因 為L而使Y 得1；當(dāng)ABC = 111時，因 為L而使Y 得1；16圖3-3-8 用74138實現(xiàn)邏輯函數(shù) 在A，B，C的其他取值組合下，與非門的輸入（ ）為全

8、H，因而輸出Y為0，這就滿足了該函數(shù)的要求 。十進制譯碼器的原理與二進制譯碼器的原理類似，其典型例子是BCD碼輸入的4線 10線譯碼器7442。 173. 數(shù)碼顯示器和譯碼驅(qū)動電路 在數(shù)字測量儀器和數(shù)字系統(tǒng)中，常常需要將數(shù)字或字符直觀地顯示出來，這既是為了供人們直接讀取測量和運算的結(jié)果，也是為了監(jiān)視數(shù)字系統(tǒng)的工作情況，數(shù)字顯示電路是許多數(shù)字設(shè)備中不可缺少的組成部分。在數(shù)字電路中，數(shù)字量都是以一定的代碼形式出現(xiàn)的，所以，數(shù)字顯示電路通常包含譯碼驅(qū)動電路和數(shù)碼顯示器等組成部分。數(shù)碼顯示器是用來顯示數(shù)字、文字或符號的器件，目前已有很多種不同類型的產(chǎn)品，正朝著小型、多位、平面化方向發(fā)展。 18按發(fā)光物

9、質(zhì)的不同，數(shù)碼顯示器主要分為四類：（1）半導(dǎo)體顯示器，亦稱發(fā)光二極管顯示器；（2）熒光數(shù)字顯示器，如熒光數(shù)碼管、場致發(fā)光數(shù)字板等；（3）液體數(shù)字顯示器，如液晶顯示器、電泳顯示器等；（4）氣體放電顯示器，如輝光數(shù)碼管、等離子體顯示板等。 19數(shù)碼的顯示方式一般有三種：（1）字形重疊形：它是將不同字符的電極重疊起來，要顯示某字符，只需使相應(yīng)的電極發(fā)亮即可。（2）點陣形：它由一些按一定規(guī)律排列的可發(fā)光的點陣組成，利用光點的不同組合便可顯示不同的數(shù)碼。（3）分段式：數(shù)碼是由分布在同一平面上的若干段發(fā)光的筆劃組成。數(shù)字顯示目前以分段式居領(lǐng)先地位，并展現(xiàn)著廣闊的發(fā)展用途。20常用的半導(dǎo)體數(shù)碼管、液晶顯示器

10、及其BCD 七段顯示譯碼器。4. 半導(dǎo)體數(shù)碼管半導(dǎo)體數(shù)碼管是分段式半導(dǎo)體顯示器件，其基本結(jié)構(gòu)為PN結(jié)，一些特殊半導(dǎo)體材料作成的PN結(jié)具有這樣的性質(zhì)：當(dāng)外加正向偏壓時，P區(qū)的多數(shù)載流子空穴流向N區(qū)，N區(qū)的多數(shù)載流子電子流向P區(qū)，而少數(shù)載流子注入PN結(jié)與多數(shù)載流子復(fù)合，在這個過程中會發(fā)出一定波長的光束。21由于磷砷化鎵發(fā)光二極管的制造工藝較簡單，發(fā)光效率又較高，目前用得較多。實際上，單個PN結(jié)封裝而成的產(chǎn)品就是發(fā)光二極管，而多個PN結(jié)組成分段式，其產(chǎn)品就是半導(dǎo)體數(shù)碼管。 22例如BS201A就是一種七段共陰極半導(dǎo)體數(shù)碼管（還帶有一個小數(shù)點），其符號及原理圖如圖3-3-9所示。 圖3-3-9 半導(dǎo)體

11、數(shù)碼管BS201A 23半導(dǎo)體數(shù)碼管的優(yōu)點：工作電壓低（1.53V）、體積小、可靠性高、壽命長（1000h）、響應(yīng)速度高（1100ns）、顏色多樣（紅、綠等）、亮度較高；缺點：工作電流大（一般為十毫安左右）。半導(dǎo)體發(fā)光二極管在數(shù)字裝置中作指示用，也可作快速光源。半導(dǎo)體數(shù)碼管目前主要用于電子計算機和數(shù)字儀表的顯示部分中。 5. 液晶顯示器液晶是一種既具有液體的流動性又具有光學(xué)特性的有機化合物。它的透明度和呈現(xiàn)的顏色受外加電場的影響，利用這一特點可作成字符顯示器。 24在沒有外加電場的情況下，液晶分子按一定取向整齊地排列著，這時液晶為透明狀態(tài)，射入的光線大部分由反射電極反射回來，液晶體顯示白色。在

12、電極上加上電壓后，液晶分子因電離而產(chǎn)生正離子，這些正離子在電場作用下運動并碰撞其它液晶分子，破壞了液晶分子的整齊排列，使液晶呈現(xiàn)渾濁狀態(tài)。這時射入的光線散射后僅有少量反射回來，故顯示暗灰色。這種現(xiàn)象稱為動態(tài)散射效應(yīng)。外加電場消失后，液晶又恢復(fù)到整齊排列的狀態(tài)。如果將七段透明的電極排列成 8 字形，那么只要選擇不同的電極組合并加以電壓，便能顯示出各種字符來。 25液晶顯示器的優(yōu)點：功耗極?。科椒嚼迕椎墓脑?W以下），工作電壓低（約為25V），顯示清晰，體積小，重量輕，壽命較長，價格較低。因此，液晶顯示器在電子表以及各種小型、便攜式儀器、儀表中得到廣泛的應(yīng)用。缺點：亮度低，響應(yīng)速度慢（1020

13、0ms），限制了它在快速系統(tǒng)中的應(yīng)用。6. BCD 七段顯示譯碼器熒光數(shù)碼管和半導(dǎo)體數(shù)碼管都采用了分段（一般是七段）顯示方式，在工作時都需要分段式譯碼驅(qū)動電路相配合。 26顯示譯碼器二-十進制編碼顯示譯碼器顯示器件在數(shù)字系統(tǒng)中，常常需要將運算結(jié)果用人們習(xí)慣的十進制顯示出來，這就要用到顯示譯碼器。顯示器件：常用的是七段顯示器件。bcdefga27abcdfga b c d e f g1 1 1 1 1 1 00 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 1e七段顯示器件的工作原理：28配合半導(dǎo)體數(shù)碼管BS201A工作的4線 7線譯碼器/驅(qū)動器7448 （1）7448的邏輯功能7448的邏輯符

14、號如圖3-3-10所示，其功能如表3-3-7， 圖3-3-10 4線-7線譯碼器/驅(qū)動 器7448邏輯符號 它的基本輸入信號是四位二進制數(shù)（也可以是8421BCD碼）A3，A2，A1，A0，基本輸出端有7個：Ya，Yb，Yc，Yd，Ye，Yf，Yg。29用7448驅(qū)動BS201A的基本接法如圖3-3-11(a)所示。當(dāng)B3B2B1B0 輸入00001111這16種不同信號時，相應(yīng)的顯示字形如圖3-3-11(b)所示。 圖3-3-11 7448驅(qū)動BS201A30在7448中，除了上述基本輸入端和基本輸出端外，還有幾個輔助輸入、輸出端：（1）燈測試輸入 （2）滅零輸入 （3）滅燈輸入/滅零輸出

15、這個端鈕比較特殊，它既可作輸入用，也可作輸出用。接線時務(wù)必防止將+5V直接與ag段輸入短接，否則會燒毀PN結(jié)，用7448的輸出YaYg驅(qū)動BS201A的段輸入則沒有這種危險，這是因為YaYg為集電極開路輸出結(jié)構(gòu)，并已有上拉電阻2k。 314線-7線譯碼器/驅(qū)動器7448功能表H H H H H H HHL 燈測試L L L L L L LL(輸出)H L L L L L滅零L L L L L L LL(輸入） 滅燈L L L L L L LHH H H H H15L L L H H H HHH H H H L14H L L H L H HHH H H L H13L H L L L H HHH

16、H H L L12L L H H L L HHH H L H H11L L L H H L HHH H L H L10H H H L L H HHH H L L H9H H H H H H HHH H L L L8H H H L L L LHH L H H H7L L H H H H HHH L H H L6H L H H L H HHH L H L H5L H H L L H HHH L H L L4H H H H L L HHH L L H H3H H L H H L HHH L L H L2L H H L L L LHH L L L H1H H H H H H LHH H L L L L

17、0Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg A3 A2 A1 A0 輸 出 輸 入十進制或功能32表中，根據(jù)顯示的字形，點亮某一段時，該段為高電平；不亮?xí)r，該段為低電平。然后用卡諾圖化簡，采用“合并0然后求反”的化簡方法將YaYg化簡，得到 3334BCD 七段顯示譯碼器7448的邏輯圖35從功能表可看出，借助這些輔助輸入、輸出端，7448有如下輔助功能：（1）滅燈功能只要將 端作輸入用，并輸入L，則不論 ，A3，A2，A1，A0各輸入什么，ag各段均滅（見功能表倒數(shù)第3行），這一功能可用來控制整體不顯示。（2）燈測試功能在 端不輸入低電平的前提下，如果 端輸入L，則不管 ，A3，A2，A1，A0各輸入什么，ag各段均亮（見功能表最后一行）。36這一功能可用來對數(shù)碼管進行初步檢驗 各段是否都亮。（3）滅零功能這里，有兩個先決條件： 端不輸入低電平； 輸入高電平；在滿足這兩個條件的前提下： 如果 ，則在A3，A2，A1，A0的所有輸入組合下，仍然都是正常顯示。 37 如果 ，則當(dāng)A3A2A1A0 0000時仍正常顯示；當(dāng)A3A2A1A0 = 0000時，不再顯示0的字形，而是各段全滅，與此同時（且僅在此時），（ 作輸出用）輸出低電平（這里因為 滅零功能集中體現(xiàn)在功能表的倒數(shù)第二行。（2）7448滅零功能的應(yīng)用將 配合使用，可以實現(xiàn)多位數(shù)碼