项目3-八位优先编码抢答器设计与制作

项目3八位优先编码抢答器设计与制作工作任务清单（1）识别八位优先编码抢答器原理图，画布线图（2）按元件清单检测电路中用到的元器件（3）制作八位优先编码抢答器电路（4）完成八位优先编码抢答器调试并排故（5）以小组为单位编写实训报告

概述

接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器不工作；主持人将开关拨到“开始”状态，宣布抢答器开始工作。选手在抢答时，抢答器完成：优先判断，编号锁存，编号显示。当一轮抢答之后，禁止二次抢答。如果再次抢答必须主持人再次操作“清除”，“开始”状态开关。主持人控制开关控制电路抢答按钮优先编码电路锁存器译码电路译码显示3.1相关知识1数制和码制

3.1.1数制(1)十进制(Decimal)

例如(3176.54)10

或(3176.54)D

数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、91×1011×100

5×10-1

1×10-2权权权

权

数码所处位置不同时，所代表的数值不同

(11.51)10

进位规律：逢十进一，借一当十10i

称十进制的权

10称为基数0~9

十个数码称系数数码与权的乘积，称为加权系数十进制数可表示为各位加权系数之和，称为按权展开式

(3176.54)10=3×103+1×102+7×101+6×100+5×10-1+4×10-2例如0+1=11+1=1011+1=10010–1=1(2)二进制(Binary)例如(1011.11)2或(1011.11)B

数码：0、1进位规律：逢二进一，借一当二权：2i

基数：2

系数：0、1按权展开式表示(1011.11)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2

将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。=8+0+2+1+0.5+0.25(1011.11)2=(11.75)10

=11.75(1011.11)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2(3)八进制和十六进制

进制数的表示计数规律基数

权数码八进制

(Octal)

(xxx)8

或(xxx)O逢八进一，借一当八

8

0~7

8i

十六进制(Hexadecimal)

(xxx)16

或(xxx)H

逢十六进一，借一当十六160

~

9、A、B、C、D、E、F

16i例如(3BE.C4)16=3×162+11×161+14×160+12×16-1+4×16-2=768+176+14+0.75+0.015625=(958.765625)10

对同一个数的不同计数方法(1)不同数制间的关系

3.1.2不同数制间的关系与转换

不同数制之间有关系吗？十进制、二进制、八进制、十六进制对照表77011176601106550101544010043300113220010211000110000000十六八二十F17111115E16111014D15110113C14110012B13101111A121010109111001981010008十六八二十3.2相关知识2优先编码电路分析编码器的概念与类型编码将具有特定含义的信息编成相应二进制代码的过程。实现编码功能的电路编码器二进制编码器二-十进制编码器

优先编码器

编码器(即Encoder)

被编信号二进制代码编码器用n位二进制数码对2n个输入信号进行编码的电路。

3.2.1二进制编码器由图可写出编码器的输出逻辑函数为由上式可列出真值表为原码输出Y0=I1·I3·I5·I7Y2=I4·I5·I6·I7Y1=I2·I3·I6·I7I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y21111000000001101000000101001000000010001000011000001000010000001001000000001000000000001Y0Y1Y2I7I6I5I4I3I2I1I0输出输入被编信号高电平有效。

8线

–3线编码器I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y2I8I9Y38421BCD码编码器3.2.2二－十进制编码器将0~9十个十进制数转换为二进制代码的电路。又称十进制编码器。

I0省略不画输出

4位二进制代码原码输出I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y2I8I9Y310011000000000000101000000001110001000000001100001000000101000001000000010000001000011000000001000010000000001001000000000001000000000000001Y0Y1Y2Y3I9I8I7I6I5I4I3I2I1I0输出输入10线

–4线编码器被编信号高电平有效为何要使用优先编码器？3.2.3优先编码器

(即

PriorityEncoder)

1111000000001101000000101001000000010001000011000001000010000001001000000001000000000001Y0Y1Y2I7I6I5I4I3I2I1I0输出输入允许同时输入数个编码信号，并只对其中优先权最高的信号进行编码输出的电路。普通编码器在任何时刻只允许一个输入端请求编码，否则输出发生混乱。CT74LS147I8I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y2Y3I9二

-

十进制优先编码器

CT74LS147

I9=1，I8=0时，不论I0~I7为0还是

1，电路只对I8进行编码，输出反码0111。反码输出被编信号输入，(省略了I0)，低电平有效。0111111111110101111111110×00111111110××1101111110×××010111110××××10011110×××××0001110××××××111010×××××××01100××××××××1111111111111Y0Y1Y2Y3I9I8I7I6I5I4I3I2I1输出输入

I9=0时，不论其他Ii为0

还是1，电路只对I9进行编码，输出Y3Y2Y1Y0=0110，为反码，其原码为1001。111010×××××××01100××××××××1111111111111无编码请求Y3Y2Y1Y0=1111依次类推CT74LS147I8I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y2Y3I9被编信号优先级别从高到低依次为

I9、I8、I7、I6、I5、

I4、I3、I2、I1、I0。3.3相关知识3译码电路和译码显示译码的概念与类型

译码是编码的逆过程。

将表示特定意义信息的二进制代码翻译出来。实现译码功能的电路

译码器二进制译码器二-十进制译码器

数码显示译码器译码器(即Decoder)

二进制代码

与输入代码对应的特定信息

译码器3.3.1二进制译码器将输入二进制代码译成相应输出信号的电路。n位

二进制代码

2n位

译码输出二进制译码器译码输出100011010001001010000100Y3Y2Y1Y0A0A1译码输入译码输出高电平有效译码输出011111101101110110111000Y3Y2Y1Y0A0A1译码输入0000译码输出低电平有效2-4线译码器电路与工作原理演示CT74LS138A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7STCSTBSTAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7逻辑功能示意图

(1)

3线－8线译码器CT74LS138简介

3位二进制码输入端8个译码输出端低电平有效。使能端STA高电平有效，

STB、STC低电平有效，即当STA=1，

STB=STC=0时译码，否则禁止译码。0111111111101101111110110111011111101011110111100101111101111100111111011010011111110110001111111100000111111111××××011111111×××1×Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0A0A1A2STB+STCSTA输出输入CT74LS138

真值表允许译码器工作禁止译码

Y7~Y0由输入二进制码A2、A1、A0的取值决定。011111111111111111010101010101010100010000000000输出逻辑函数式Y0=A2A1A0=m0Y1=A2A1A0=m1Y2=A2A1A0=m2Y3=A2A1A0=m3Y4=A2A1A0=m4Y5=A2A1A0=m5Y6=A2A1A0=m6Y7=A2A1A0=m700001000Y0=A2A1A0=m0Y1=A2A1A0=m1二进制译码器能译出输入变量的全部取值组合，故又称变量译码器，也称全译码器。其输出端能提供输入变量的全部最小项。

将BCD码的十组代码译成0~9十个对应输出信号的电路，又称4线–10线译码器。3.3.2二－十进制译码器

8421BCD码输入端，从高位到低位依次为A3、A2、A1和A0。

10个译码输出端，低电平0有效。4线-10线译码器CT74LS42逻辑示意图Y1Y0Y3Y4Y2Y5Y6Y7Y8Y9A0A1A2CT74LS42A3111111111111111111111111011111111111111011111111111100111111111111110111111111110101伪码011111111110019101111111100018110111111111107111011111101106111101111110105111110111100104111111011111003111111101101002111111110110001111111111000000Y9Y8Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0A0A1A2A3输出输入十进制数4线-10线译码器CT74LS42真值表00000010001001000111100110101000101100010000000000111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111101111011001111010101伪码01YA0A1A2数码显示译码器译码器YYYYYY驱动器YYYYYYYA3a数码显示器bcdefgbcdefgabcdefga3.3.3数码显示译码器

将输入的BCD码译成相应输出信号，以驱动显示器显示出相应数字的电路。

(1)

数码显示译码器的结构和功能示意0101a数码显示器bcdefgYA0A1A2数码显示译码器译码器YYYYYY驱动器YYYYYYYA3bcdefgabcdefga输入BCD码输出驱动七段数码管显示相应数字00013.3.4数码显示器简介数字设备中用得较多的为七段数码显示器，又称数码管。常用的有半导体数码显示器(LED)和液晶显示器(LCD)等。它们由七段可发光的字段组合而成。(1)七段半导体数码显示器(LED)

abcdefgDPagfCOMbcedCOMDPabcdefgDP发光字段，由管脚a~g电平控制是否发光。小数点，需要时才点亮。显示的数字形式主要优点：字形清晰、工作电压低、体积小、可靠性高、响应速度快、寿命长和亮度高等。

主要缺点：工作电流大，每字段工作电流约10mA。共阳接法

共阴接法

半导体数码显示器内部接法COMCOMDPgfedcbaDPgfedcbaCOMCOMVCC+5V串接限流电阻

a~g和DP为低电平时才能点亮相应发光段。

a~g和DP为高电平时才能点亮相应发光段。共阳接法数码显示器需要配用输出低电平有效的译码器。

共阴接法数码显示器需要配用输出高电平有效的译码器。RR共阳极共阴极即液态晶体(2)液晶显示器(LCD)

点亮七段液晶数码管的方法与半导体数码管类似。

主要优点：工作电压低，功耗极小。主要缺点：显示欠清晰，响应速度慢。

液晶显示原理：无外加电场作用时，液晶分子排列整齐，入射的光线绝大部分被反射回来，液晶呈透明状态，不显示数字；当在相应字段的电极上加电压时，液晶中的导电正离子作定向运动，在运动过程中不断撞击液晶分子，破坏了液晶分子的整齐排列，液晶对入射光产生散射而变成了暗灰色，于是显示出相应的数字。当外加电压断开后，液晶分子又将恢复到整齐排列状态，字形随之消失。(3)七段显示译码器4线–7段译码器/

驱动器CC14547的逻辑功能示意图CC14547BIDCBABIYgYfYeYdYcYbYa消隐控制端，低电平有效。

8421码输入端译码驱动输出端，高电平有效。4线-7段译码器/驱动器CC14547真值表消隐000000001111消隐000000001111消隐000000010111消隐000000000111消隐000000011011消隐0000000010119110011110011811111110001170000111111016111110001101511011011010141100110001013100111111001210110110100110000110100010011111100001消隐0000000××××0YgYfYeYdYcYbYaABCDBI数字显示输出输入4线-7段译码器/

驱动器CC14547的逻辑功能示意图CC14547BIDCBABIYgYfYeYdYcYbYa0000000××××0消隐1111111111111111011101111011001111010101消隐消隐消隐消隐消隐消隐987654321011001111111111000011111111001101101110011010011111011011000011001111111001000111100110101000101100010010000000允许数码显示伪码相应端口输出有效电平1，使显示相应数字。输入BCD码agfbc禁止数码显示数码显示器结构及译码显示原理演示

(二

)用二进制译码器实现组合逻辑函数3.3.5

用二进制译码器实现组合逻辑函数由于二进制译码器的输出端能提供输入变量的全部最小项，而任何组合逻辑函数都可以变换为最小项之和的标准式，因此用二进制译码器和门电路可实现任何组合逻辑函数。当译码器输出低电平有效时，多选用与非门；译码器输出高电平有效时，多选用或门。由于有A、B、C三个变量，故选用3线

-8线译码器。解：(1)

根据逻辑函数选择译码器[例]试用译码器和门电路实现逻辑函数选用3线-8线译码器CT74LS138，并令A2=A，A1=B，A0=C。(2)

将函数式变换为标准与-

或式(3)根据译码器的输出有效电平确定需用的门电路ABCYY1Y0Y3Y4Y2Y5Y6Y71STASTBSTCA0A1A2CT74LS138(4)画连线图Y&CT74LS138输出低电平有效，，i=0~7因此，将Y函数式变换为采用5输入与非门，其输入取自Y1、Y3、Y5、Y6和Y7。[例]试用译码器实现全加器。解：(1)分析设计要求，列出真值表设被加数为Ai

，加数为Bi

，低位进位数为Ci-1。输出本位和为Si

，向高位的进位数为Ci

。列出全加器的真值表如下：1111110011101010100110110010100110000000CiSiCi-1BiAi输出输入(3)选择译码器选用3线–8线译码器CT74LS138。并令A2=Ai，A1=Bi，A0=Ci-1。(2)根据真值表写函数式Y1Y0Y3Y4Y2Y5Y6Y71STASTBSTCAiSiCi-1A0A1A2CT74LS138CiBi(4)根据译码器的输出有效电平确定需用的门电路(5)画连线图Ci&Si&CT74LS138输出低电平有效，，i=0~7因此，将函数式变换为CT74LS138(1)A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7STCSTBSTAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7CT74LS138(2)A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7STCSTBSTAY8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15A2A1A0EA31A3A2A1A0低位片高位片*译码器的扩展

例如两片CT74LS138

组成的4线–16

线译码器。16个译码输出端

4位二进制码输入端低3位码从各译码器的码输入端输入。A2A1A0A2A1A0A2A1A0STA1STBA3STASTCSTCSTBE高位码A3与高位片STA端和低位片STB端相连，因此，A3=0时低位片工作，A3=1时高位片工作。

STA不用，应接有效电平1。作4线–16线译码器使能端，低电平有效。CT74LS138组成的4线–16线译码器工作原理

E=1时，两个译码器都不工作，输出Y0~Y15都为高电平1。CT74LS138(1)A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7STCSTBSTAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7CT74LS138(2)A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7STCSTBSTAY8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15A2A1A0EA31低位片高位片A3A2A1A0A2A1A0A2A1A0A2A1A0STA1STBA3STASTCSTCSTBE(1)A3=0时，高位片不工作，低位片工作，译出与输入0000~0111分别对应的8个输出信号Y0~Y7。(2)A3=1时，低位片不工作，高位片工作，译出与输入1000~1111分别对应的

8

个输出信号

Y8~

Y15。

E=0时，允许译码。D0YD1D2D34

选

1

数据选择器工作示意图A1A03.4.1、数据选择器和数据分配器的作用数据选择器:根据地址码的要求，从多路输入信号中选择其中一路输出的电路.又称多路选择器(Multiplexer，简称MUX)或多路开关。多路输入一路输出地址码输入10Y=D1D1常用2选1、4选1、8选1和16选1等数据选择器。

数据选择器的输入信号个数N与地址码个数n的关系为

N=2n3.4扩展知识数据分配器:根据地址码的要求，将一路数据分配到指定输出通道上去的电路。Demultiplexer，简称DMUXY0DY1Y2Y34

路数据分配器工作示意图A1A0一路输入多路输出地址码输入10Y1=DD3.4.2数据选择器的逻辑功能及其使用(1)

8选1数据选择器CT74LS151CT74LS151STA2A1A0D0D7D6D5D4D3D2D1STYYCT74LS151的逻辑功能示意图8路数据输入端地址信号输入端互补输出端使能端，低电平有效4选1数据选择器电路与工作原理动画演示CT74LS151STA2A1A0D0D7D6D5D4D3D2D1STYYCT74LS151逻辑功能示意图ST

=

1

时禁止数据选择器工作

ST

=

0

时，数据选择器工作。选择哪一路信号输出由地址码决定。8选1数据选择器CT74LS151真值表D7D71110D6D60110D5D51010D4D40010D3D31100D2D20100D1D11000D0D0000010×××1YYA0A1A2ST输出输入因为若A2A1A0=000，则因为若A2A1A0=010，则Y=D0Y=D2D7D71110D6D60110D5D51010D4D40010D3D31100D2D20100D1D11000D0D0000010×××1YYA0A1A2ST输出输入CT74LS151输出函数表达式1000000000100000Y=A2A1A0D0+A2A1A0D1+A2A1A0D2+A2A1A0D3+

A2A1A0D4+A2A1A0D5+

A2A1A0D6+A2A1A0D7Y=A2A1A0D0+A2A1A0D1+A2A1A0D2+A2A1A0D3+

A2A1A0D4+A2A1A0D5+

A2A1A0D6+A2A1A0D7=m0D0+m1D1+m2D2+m3D3+

m4D4+m5D5+m6D6+m7D7(2)双4选1数据选择器CC14539CC145391STA1A01D01D31D21D11ST1Y2Y双4选1数据选择器CC14539逻辑功能示意图2D02D32D22D12ST2ST两个数据选择器的公共地址输入端。数据选择器1的输出数据选择器1的数据输入、使能输入。数据选择器2的数据输入、使能输入。数据选择器2的输出内含两个相同的

4选1数据选择器。1×××11100×××01101××1×0100××0×0101×1××1000×0××10011×××00000×××0000××××××11Y1D01D11D21D3A0A11ST输出输入

CC14539数据选择器1真值表1D01D11D21D31ST使能端低电平有效1×××11100×××01101××1×0100××0×0101×1××1000×0××10011×××00000×××0001D01D11D21D30××××××1数据选择器2的逻辑功能同理。

1ST=1时，禁止数据选择器工作，输出1Y=0。

1ST=0时，数据选择器工作。输出哪一路数据由地址码A1A0决定。

CC14539数据选择器输出函数式1Y=A1A01D0+A1A01D1+A1A01D2+A1A01D3

=m01D0+m11D1+m21D2+m31D32Y=A1A02D0+A1A02D1+A1A02D2+A1A02D3

=m02D0+m12D1+m22D2+m32D33.4.3用数据选择器实现组合逻辑函数由于数据选择器在输入数据全部为1时，输出为地址输入变量全体最小项的和。

例如4选1数据选择器的输出Y=m0D0+m1D1+m2D2+m3D3

当D0=D1=D2=D3=1时，Y=m0+m1+m2+m3。当D0~D3为0、1的不同组合时，Y可输出不同的最小项表达式。而任何一个逻辑函数都可表示成最小项表达式，当逻辑函数的变量个数和数据选择器的地址输入变量个数相同时，可直接将逻辑函数输入变量有序地接数据选择器的地址输入端。因此用数据选择器可实现任何组合逻辑函数。

CT74LS151有

A2、A1

、A0三个地址输入端，正好用以输入三变量A、B、C。[例]试用数据选择器实现函数

Y=AB+AC+BC。该题可用代数法或卡诺图法求解。Y为三变量函数，故选用8选1数据选择器，现选用CT74LS151。代数法求解解：(2)写出逻辑函数的最小项表达式Y=AB+AC+BC=ABC+ABC+ABC+ABC(3)

写出数据选择器的输出表达式Y′=A2A1A0D0+A2A1A0D1+A2A1A0D2+A2A1A0D3+

A2A1A0D4+A2A1A0D5+A2A1A0D6+A2A1A0D7(4)比较

Y和

Y′两式中最小项的对应关系(1)选择数据选择器令A=A2，B=A1，C=A0则Y′=ABCD0+ABCD1+ABCD2+ABCD3+

ABCD4+ABCD5+ABCD6+ABCD7ABCABCABCABCABCABCABCABC+++为使Y=Y′，应令D0=

D1=D2=D4=0D3=

D5=D6=D7=1(5)画连线图CT74LS151A2A1A0D0D7D6D5D4D3D2D1STYYY′ABC1即可得输出函数D0D2D1D4D7D6D5D31(1)选择数据选择器选用CT74LS151(2)画出

Y和数据选择器输出

Y

的卡诺图(3)比较逻辑函数

Y

和

Y的卡诺图设Y=Y

、A=A2、B=A1、C=A0对比两张卡诺图后得D0=

D1=D2=D4=0D3=

D5=D6=D7=1(4)画连线图ABC0100011110

1

1

1

1

0

0

0

0Y的卡诺图A2A1A00100011110

D6D7D5D3D0D1D2D4

Y′

的卡诺图1

1

1

1

D6D7D5D3卡诺图法求解解：与代数法所得图相同主要要求：

理解加法器的逻辑功能及应用。了解数值比较器的作用。3.4.4加法器和数值比较器

(1)加法器

(a)

加法器基本单元半加器

HalfAdder，简称HA。它只将两个1位二进制数相加，而不