数字显示电路.doc

数电综合设计实验一：数字现实电路实验报告目录l 、实验目的 .2.l 、设计要求 . .3.l 、各模块设计方案 .4.l 、电路的焊接成型及工作检测 .11.l 、实验感想 . .12.、实验目的 数字显示电路实验将传统的4个分离的基本实验，即基本门实验，编码器、显示译码器、7段显示器实验，加法器实验和比较器实验综合为个完整的设计型的组合电路综合实验。通过本实验，要求学生熟悉各种常用MSI组合逻辑电路的功能与使用方法，学会组装和调试各种MSI组合逻辑电路，掌握多片MSI、SSI组合逻辑电路的级联、功能扩展及综合设计技术，使学生具有数字系统外围电路、接口电路方面的综合设计能力。 本次实验的目的为：1、掌握基本门电路的应用，了解用简单门电路实现控制逻辑。2、掌握编码、译码和显示电路的设计方法。3、掌握用全加器、比较器设计电路的方法。、设计要求操作面板左侧有16个按键，编号为0到15，另正面板右侧配2个共阳7段显示器，操作面板图如图1所示。图1：显示电路面板示意图设计一个电路：当按下小于10的按键后，右侧低位7段显示器显示数字，左侧7段显示器显示0；当按下大于9的按键后，右侧低位7段显示器显示个位数字，左侧7段显示器显示l。若同时按下几个按键，优先级别的顺序是15到0。现配备1个4位二进制加法器74LS283，2个8线-3线优先编码器74LSl48，2个四2输入与非门74LS00，2个显示译码器74LS47。、各模块设计方案该数字显示电路为组合逻辑电路，可分为编码、译码和显示电路以及基本门电路、全加器电路。实验采用的主要器件有1个4位二进制加法器74LS283，2个8线-3线优先编码器74LSl48，2个四2输入与非门74LS00，2个显示译码器74LS47。各种芯片的功能介绍如下：1、83线优先编码器74LSl48简介在数字系统中，常采用多位二进制数码的组合对具有某种特定含义的信号进行编码。完成编码功能的逻辑部件称为编码器。编码器有若干个输入，对于每一个有效的输入信号，给与电平信号的形式表示的特定对象，产生惟一的一组二进制代码与之对应。按照编码信号的特点和要求，编码器分为3类。即二进制编码器，可用与非门构成4-2线、8-3线编码器。二十进制编码器，将09十进制数变成BCD码，如74LS147、优先编码器。74LS148是一种常用的83线优先编码器，其功能真值如表一所示。图2：74LSl48外引线排列图芯片工作原理74LS148是8-3线优先编码器，其外引线排列如图2所示。为8个信号输入，低电平有效。为位代码输出（反码输出）。为选通输入端，当=0时允许编码；当=1时输出和被封锁，编码被禁止。是选通输出端，级联应用时，高位片的端与低位片的端相连接，可以扩展优先编码功能。为优先扩展输出端，级联应用时可作为输出位的扩展端。74LS148功能表输入输出111111011111111111100000001001001010011010010011101101001111100010011111101010011111111001001111111111012、38线二进制显示译码器74LS47简介译码是编码的逆过程，以码器的功能与编码器相反，它将具有特定含义的不同二进制代码辨别出来，翻译成对应的输出信号。译码器也分成3类，二进制译码器如38线译码器74LS138。二十进制译码器可实现各种代码之间的转换，例如74LS145。显示译码器，用来驱动各种数字显示器，如共阳极数码驱动器74LS47。图3：74LS47译码器/驱动器外引线排列芯片工作原理74LS47是驱动共阳极数码管的译码驱动器。其外引线排列如图3所示。为了直接驱动指示灯，74LS47的输出是低电平作用的，即输出为0时，对应字段点亮；输出为1时，对应字段熄灭。A、B、C、D接收二进制码输入，的输出分别驱动7段一码管的a、b、c、d、e、f和g段。译码管有4个使能端，灯测试输入、静态灭灯输入，动态灭零输入、动态灭零输出。74LS47功能表当接低电平是，译码器各段输出低电平，数码管7段全亮，因此可利用此段输入低电平对数码管进行测试。是动态灭零输入使能端，当=1，=1，=0时，如果输入数码DCBA=0000，译码器各段输出均为高电平，数码管不显示数字（但输入其它数码，数码管仍显示），并且灭零输出为0。利用端，可对无意义的零进行消隐。是静态灭灯输入使能端，它与动态灭零输出共用一个输出端，当=0，不论DCBA为何状态，译码器各段输出均为高电平，显示器各段均不亮，利用可对数码管进行熄灭或工作控制。是动态灭零输出端，当=0、=0，、DCBA=0000时，且=0表示译码器处于灭零状态。端的设置主要用于多个译码器级联时，对无意义的零消隐。3、集成加法器74LS283功能简介 全加器是实现二进制加运算的功能器件，然而人们更习惯于十进制的运算。用4位二进制加法器构成BCD码加法器，当运算结果（和）小于或等于1001时，BCD码加法与4位二进制加法结果相同；当和数大于1001，由于BCD码是逢十进一，而4位二进制加法是逢十六进一，因此要在组间进位方式上加一个校正电路，即在4位二进制数相加结果大于9时，电路在自动加6。如集成加法器74LS283图4：74LS283外引线排列图芯片工作原理集成加法器74LS283是4位二进制超前进位全加器。外引线排列如图4所示。和分别为加数和被加数，为和数，为低位进位，为本进位。74LS283逻辑功能表输入输出ABLLLLLLLHHLLHLHLLHHLHHLLHLHLHLHHHLLHHHHHH4、集成芯片74LS00功能简介由于编码器输出的为反码，所以在编码器输出到加法器的中间加入了与非门用与对反码的反相成为原码。与非门芯片74LS00管脚如图三图5：74LS00外引线排列图图6中一，二，三，四非门和与非门。因为编码器只能有一片工作，在另一片不工作时其输出端为高电平，因此二，三，四与非门对工作片来说相当非门的作用。电路图设计及原理、功能说明数字显示电路设计电路图如图6所示：图6：数字显示电路的组合电路图电路工作原理（1）编码、译码和显示电路 16线4线编码器输入信号为，低电平有效，而且的优先权最高，的优先权最低。输出、为4位二进制反码(即00001111)。可用第一片的输入端。分别接，第二片的接，显然第一片的优先权应高于第二片，只有当无信号时才允许第二片工作。因此，将第一片的选通输出端和第二片的控制端相连，即可实现上述功能。通过与非门，将、取反。（2）基本门电路、全加器电路 根据系统的要求，显示输入应为8421BCD码，可以采用加6的方法实现。当小于9时，直接输入；当大于9时，将BCD码加6(溢出后相当于减10)且十位进1，如图23所示，由74LS74的真值表可知面三引脚置高电平。在74LS47与数码管之间应接有保护电阻。数码管有7个发光二极管组成，发光二极管是一种半导体发光器件，其特性是正向压降为1.61.8V，导通电流是520mA，当发光二极管接正向电压（且大于正向压降）是发光管导通并且发光，当发光二极管所接正向电压小于正向压降时，发光管不导通，不发光。使用发光二极管时要注意防止过高电压直接加在发光二极管两端形成大电流而烧坏二极管。一般在测量电路中串接限流电阻。在电路中，高电平值为5V，则电阻值为R= (5-1.8) / 0.20=160即保护电阻取值在200左右，实验中取200。电路实现的功能概述电路用两片74LS148，第一片为高位输入片，第二片为低位输入片，在高位工作时，要求低位禁止工作。电路通过将高位片的选通输出端接到低位片的控制输入端，当高位片工作时输出为高电平低位片不工作；当高位片不工作时，输出为低电平，低位片工作，因此实现了高低位优先级别。由于编码器输出的为反码，所以在编码器输出到加法器的中间加入了与非门用与对反码的反相成为原码。因为编码器只能有一片工作，在另一片不工作时其输出端为高电平，因此三个与非门对工作片来说相当非门的作用。用4位二进制加法器构成BCD码加法器，当运算结果（和）小于或等于1001时，BCD码加法与4位二进制加法结果相同；当和数大于1001，由于BCD码是逢十进一，而4位二进制加法是逢十六进一，因此要在组间进位方式上加一个校正电路，即在4位二进制数相加结果大于9时，电路在自动加6。电路如图5所示。电路高位片工作时，输出为0，经反相器后为=1。当，有一个为高电平时（=1，=1时为1010，即数字10）经过三个与非门后输出为高电平，所以加法器加6。同时高位译码器输入0001，高位数码显示管显示1。、电路的焊接成型及工作检测1、焊接电路的设计完成后，要进行的是电路板的实际焊接工作。按照图6所示的电路图以及各个芯片的外引脚图示进行焊接。我们组采用的是内部四联通的单面电路板。因为元件中开关的数量最多，且每一个开关都需要接地，因此我们组采用的将十六个开关一字排列的排列形式，这样方便接地的连接。再将共7块芯片排列在电路板的合适位置。为防止芯片在焊接过程中被烧，焊接时先焊上芯片座，再将芯片插在上面。然后按照图6所示的电路图依次连线并焊接。焊接时我们将所有的芯片的VCC连在了一起然后引一条外接线出来作为整块电路板的电源线，将电路中所有接地的部分，包括开关接地及芯片的GND接在一起然后再引一条外接线出来作为整块电路板的地线。 元器件清单74LS14874LS0074LS4774LS283共阳数码管开关电阻200导线222121614若干2、工作检测及错误修正完成电路板的焊接工作后，感觉没错，我们就把板子拿到实验室检查是否能够正常工作。但是接上电源及地线后，数码管显示并不正常，而且调整全部十六个开关是数码管的显示并不发生变化。于是我们推断是某个关系到整体的部分出错了，因为如果部分出错的话应该有个别的开关对数码管的显示有影响作用。于是我们对照电路图对连线焊接进行检查。检查到第一个芯片就发现一片74LS148的地线没有接到总地线上。补焊上一根导线后，我们有仔细检查了一遍已焊的焊点的质量，并且对一些怀疑有可能虚焊的焊点进行了补焊。再次接上试验箱上的5V电源和地线后，发现低位的数码管的显示会随着调整开关而变化，但是高位的数码管还是没有变化。而且在数码管的排布上高位和低位的位置颠倒。再次检查，发现控制高位显示的74