实验设计数字显示电路

1、一、实验目的 、掌握基本门电路的应用，了解用简单门电路实现控制逻辑。、掌握编码，译码和显示电路的设计方法。、掌握用全加器，比较器设计电路的方法。二、设计要求 1. 设计一操作面板：左侧有16个按键，编号为0到15数字，面板右侧有2个共阳7段显示器，操作面板如图所示。2. 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1。若同时按下几个按键，优先级别的顺序是15到0。 三、总电路框图及总原理图1、电路框图：译码显示电路基本门电路、全加器电路编码电路 2、总原理图：四、设计思想及基本原

2、理分析（一）基本原理分析 编码、译码和显示电路是数字系统的重要组成部分。在数字系统中用二进制代码表示某一种信息的过程称为编码；反之，把二进制代码所表示的信息翻译出来的过程称为译码或解码。1、 编码器74LS148编码器是一种多输入、多输出的组合逻辑电路，作用是将某种代码变为二进制代码。由于n位二进制代码可以表示2的n次方种信息，故一个n位二进制编码器可有m小于等于2的n次方个输入端。对于编码器，输入端个数要比输出端多。普通编码器只允许一个输入端有信号，即输入相互排斥，优先编码器则解决了这一矛盾，优先编码器各输入端的优先权是不同的，若几个输入端同时有信号到来，输入端给出优先权高的那个输入信号所对

3、应的代码。这在控制系统中是非常重要的。74LS148管脚排列如上页图所示。真值表如下图：2、 集成加法器74LS283集成加法器74LS283是4位二进制超前进位全加器，所谓快速进位，是指加法运算过程中，各级进位信号同时送到各位全加器的进位输入端。外引线排列如右图：A1，A2，A3，A4和B1，B2，B3，B4分别为加数和被加数，S1，S2，S3，S4为和数，C0为低位进位，C4为高位进位。3、译码器译码是编码的逆过程。译码器是多输入、多输出的组合逻辑电路，它的功能是把给定的代码进行“翻译”，转变成对应的输出信号或另一种形式的代码。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字

4、显示，还用于数据分配、存储器寻址和组合控制信号等，不同的功能可选用不同种类的译码器。常用的译码器分为变量译码器、译码变换器和显示译码器。74LS47真值表如下：4、 数字显示译码器显示译码器一般与显示器配合使用。现在较常用的显示器是LED数码管，有共阴和共阳两种结构。与之适应的译码器也有两种类型，使用共阳极数码管时，选用输出为高电平有效的显示译码器；使用共阴数码管时，则选用输出为低电平有效的显示译码器。七段发光二极管（LED）数码管的外观如左图所示。每一段相当于一个发光二极管，有共阴管和共阳管两种形式。共阴结构时，各段加高电平发光，为高电平驱动方式；共阳结构时，在七段显示器的输入端必须串接电阻

5、，以限制发光二极管的电流，否则电流太大，容易烧毁发光二极管，这个电流称为驱动电流，一般为510mA。此外，LED数码管有红、黄、绿等不同颜色，不同颜色LED中每段发光二极管的导通电压略有不同，一般为22.5V。LED数码管要显示BCD码所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。（二）各模块设计思想 1、编码电路 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，只有当无信号时才容许第二片工作。因此，将第一片

6、74LS148的选通输出端和第二片控制端相连，即可实现上述功能。 74LS148使能输入端=0时，编码正常工作；当=1时，各输出门均被封锁，编码器所有输出都是高电平。所以第一片的使能=0让它接地，而第二片的使能应该由第一片来控制，只有当第一片的无信号时才容许第二片工作。而第一片无信号输入时，使能输出端=0，把它连到第二片的使能上，此时使第二片开始工作，通过使能输入端和使能输出端将两片74LS148连在了一起，扩展成为16线-4线编码器。2、基本门电路，全加器电路由于74LS148输出端为低电平有效，74LS283为输入端是高电平有效，所以要通过与非门将其取反。另为通过三个与非门控制74LS28

7、3是否加6和高位显示的数字为0还是为1。一共需要6个与非门和1个非门，此非门可通过与非门搭建，所以需要2个74LS00即可。由于我们要实现将输入8421BCD码转换成为余3码显示，所以在74LS148优先编码器及三个与非门和一个非门将按钮的十进制编号转变为二进制编码后加入一个74LS283，设置一个开关，需要输余3码时加3（0011），不需要时则加0（0000）。根据系统要求，显示输入应为8421BCD码，可以采取加6的方法实现。当小于9时，二进制码与BCD码相同，直接输入；当大于9时，只要在二进制码上加6（0110）就可以把二进制码转换为BCD码，溢出后相当于减10，且十位进1。3、译码显示

8、电路该元件输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线、。端为测试端。在端接高电平的条件下，当=0时，无论输入端A、B、C、D为何值，ag输出全为高电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。端为灭零输入端。在=1，条件下，当输入A、B、C、D=0000时，输出ag全为低电平，可使共阴LED显示器熄灭。但当输入A、B、C、D不全为零时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。端为消隐输入端。该输入端具有最高级别的控制权，当该端为低电平时，不管其他输入端为何值，输出端ag均为低电平，这可使共阴显示器熄灭。另外，该端还有第二功能灭零信号输出端，记为。当该位输

9、入的A、B、C、D=0000且时，此时输出低电平；若该位输入的A、B、C、D不等于零，则输出高电平。若将与配合使用，很容易实现多位数码显示时的灭零控制。例如对整数部分，将最高位的接地，这样当最高位为零时“灭零”，同时该位输出低电平，使下一位的为低电平，故也具有“灭零”功能；而对于小数部分, 应将最低位的接地，个位的端悬空或接高电平，低位的接至高位的。使用时应该把、接高电平。接高位的译码器因为只显示0或1，所以B，C，D接地就行，A输入低电平时显示0，高电平显示1。A等于0时说明数字小于等于9，A接，使=0，加0二进制码直接转为BCD码。A=1时，数字大于9，=1，二进制码上加6把二进制码转换为

10、BCD码。LED数码管一般由7段码组成，可以显示09十个数。7段数码管分为两种类型，一种是共阳极数码管，一种是共阴极数码管。共阳极是把所有二极管阴极引出作为字段输入，把所有二极管阳极并联在一起。当译码器相对应的输出端为低电平时，对应的数码管字段亮，共阴极数码管与共阳极数码管正好相反。由于我们用的7447输出端为低电平有效，所以应该用共阳数码管。发光二极管是一种半导体发光器件，其正向压降为1.61.8V，导通电流是520mA。使用时每个二极管支路均应接限流电阻，以防二极管因电流过大而损坏。一般在测量电路中串接限流电阻，其阻值根据电压大小而定。R=（51.8）/10=320(欧姆)所以应选320欧

11、姆左右的电阻作为限流电阻。abcdefgabg公共电极abg公共电极 (共阴型) (共阳型)仿真电路图如下：五、元件清单六参考文献【1】侯建军.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社.2003七、实验的心得体会这是数电实验的第一块板子，由于电路图已经给出所以设计部分比较简单，直接仿真即可。对照着仿真电路图就可列出元件清单，然后买元件，我们的元件是从中关村买回来的，如果买的比较多的话会便宜很多。由于我们买的板子比较小，而买的开关又比较大，所以布局上感觉很紧凑，不过最终功能全部得到实现，我们小组的努力没有白费，从设计到时间感觉到这门课的实践性很重要，理论知识必须要扎实，这样才能够灵活的实现功能以及

12、拓展，希望我们越做越好。这是我们的第一个数电综合实验，学了大半个学期的数电课了，终于可以用它来做一些东西了，我一直很喜欢这种教学方法，实践出真知，通过对理论知识进行应用，将有助于我们加深对知识的理解和记忆。由于本实验中主体的电路设计老师已经给出，所以不存在带大的设计问题，我们主要是对按键电路，数码管上拉电阻进行分析和设计，以及元器件的整体布局。虽说减少了很多设计环节，但其过程也不轻松，焊板子也是体力和脑力的结合，我们必须高度集中，细心加耐心，一旦出错，检查电路也不是什么好差事，幸好我们的板子还算顺利。整天扎在书堆里的我们，偶得如此机会，我们都兴趣十足，做一点实在的东西，为单调的学习生活增添一些

13、色彩。比起枯燥的数电课来，数电实验更让我喜欢。通过实践，我们总能够比在干巴巴的理论中学到更多的东西。通过这样的一个数字显示电路的综合实验，我对数电上的编码、译码电路以及数码管的显示原理有了更深层次的认识和掌握，而且印象深刻。我觉得这样一个显示电路是有实际应用价值的，只要稍加修改，就能应用到各种不同的电路中作为一个显示模块。总的来说，这次实验的难度不是很大。电路图也基本没有什么需要大的修改的地方。实验中焊的板子是我们这学期焊的第一块板子，一开始对于布线的考虑不周，焊到最后，整个板子的反面略显凌乱。但是幸而实验所用的芯片较少，电路也不复杂，板子上也没有出现什么大的麻烦。由于我是主要负责动手焊的，所以在板子的做工不完美上负有比较大的