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计算机硬件基础实验二

学号10770125

实验报告

计算机硬件实验

数据选择器和译码器实验

学生姓名曹永祯

班级10软件1班

成绩

指导教师(签字)

电子与信息工程系

2011年10月28日

一、实验目的

l. 掌握三态门的逻辑功能和使用方法。 2. 掌握用三态门构成总线的特点和方法。

二、实验内容

1.实验所用器件和仪表:

1.1. 二输入四与非门 74LS00 1片 1.

2. 二输入四或非门 74LS28 1片 1.

3. 实验电线若干。 2.实验原理

译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的作用是把给定的代码进行“翻译”,变成相应的状态,使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途,不仅用于代码的转换、终端的数字显示,还用于数据分配,存贮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。

译码器可分为通用译码器和显示译码器两大类。前者又分为变量译码器和代码变换译码器。

2.1.变量译码器(又称二进制译码器)

用以表示输入变量的状态,如2线-4线、3线-8线和4线-16线译码器。若有n 个

输入变量,则有2n 个不同的组合状态,就有2n

个输出端供其使用。而每一个输出所代表的函数对应于n 个输入变量的最小项。

二进制译码器实际上也是负脉冲输出的脉冲分配器。若利用使能端中的一个输入端输入数据信息,器件就成为一个数据分配器(又称多路分配器),如图4.1所示。若在S 1输入端输入数据信息,2S =3S =0,地址码所对应的输出是S 1数据信息的反码;若从2S 端输入数据信息,令S 1=1、3S = 0,地址码所对应的输出就是2S 端数据信息的原码。若数据信息是时钟脉冲,则数据分配器便成为时钟脉冲分配器。

根据输入地址的不同组合译出唯一地址,故可用作地址译码器。接成多路分配器,可将一个信号源的数据信息传输到不同的地点。

二进制译码器还能方便地实现逻辑函数,如图4.2所示,实现的逻辑函数是

Z =C B A C B A C B A +++ABC

图4.1 作数据分配器 图4.2 实现逻辑函数 2.2.数码显示译码器

2.2.1.七段发光二极管(LED)数码管

LED 数码管是目前最常用的数字显示器,图4.3(a)、(b)为共阴管和共阳管的电路,(c)

为两种不同出线形式的引出脚功能图。

一个LED数码管可用来显示一位0~9十进制数和一个小数点。小型数码管(0.5寸和0.36寸)每段发光二极管的正向压降,随显示光(通常为红、绿、黄、橙色)的颜色不同略有差别,通常约为2~2.5V,每个发光二极管的点亮电流在5~10mA。LED数码管要显示BCD码所表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。

(a) 共阴连接(“1”电平驱动) (b) 共阳连接(“0”电平驱动)

(c) 符号及引脚功能

图 4.3 LED数码管

2.2.2.BCD码七段译码驱动器

此类译码器型号有74LS47(共阳),74LS48(共阴),CC4511(共阴)等。

数据选择器又叫“多路开关”。数据选择器在地址码(或叫选择控制)电位的控制下,从几个数据输入中选择一个并将其送到一个公共的输出端。数据选择器的功能类似一个多掷开关,如图4.4所示,图中有四路数据D0~D3,通过选择控制信号 A1、A0(地址码)从四路数据中选中某一路数据送至输出端Q。

图4.4 4选1数据选择器示意图

数据选择器为目前逻辑设计中应用十分广泛的逻辑部件,它有2选1、4选1、8选1、16选1等类别。

数据选择器的电路结构一般由与或门阵列构成,也有用传输门开关和门电路混合而成的。

所谓双4选1数据选择器就是在一块集成芯片上有两个4选1数据选择器。引脚排列如图4.5,功能如表4.1。

表4.1

图4.5 74LS153引脚功能

S 1、S 2为两个独立的使能端;A 1、A 0为公用的地址输入端;1D 0~1D 3和2D 0~2D 3分别

为两个4选1数据选择器的数据输入端;Q 1、Q 2为两个输出端。 1)当使能端S 1(S 2)=1时,多路开关被禁止,无输出,Q =0。

2)当使能端S 1(S 2)=0时,多路开关正常工作,根据地址码A 1、A 0的状态,将相应的数据D 0~D 3送到输出端Q 。

如:A 1A 0=00 则选择D O 数据到输出端,即Q =D 0。

A 1A 0=01 则选择D 1数据到输出端,即Q =D 1,其余类推。

数据选择器的用途很多,例如多通道传输,数码比较,并行码变串行码,以及实现逻辑函数等。

用4选1数据选择器74LS153实现函数

ABC C AB C B A BC A F +++=

函数F 的功能如表4.2所示

表4.3

函数F 有三个输入变量A 、B 、C ,而数据选择器有两个地址端A 1、A 0少于函数输入变量个数,在设计时可任选A 接A 1,B 接A 0。将函数功能表改画成4.3形式,可见当将输入变量A 、B 、C 中B 接选择器的地址端A 1、A 0,由表4.3D 0=0, D 1=D 2=C , D 3=1 则4选1数据选择器的输出,便 实现了函数ABC C AB C B A BC A F +++=

接线图如图4.6所示。

图4.6 4选1数据选择器实现ABC

+

A

+

=

BC

F+

C

AB

C

B

A

当函数输入变量大于数据选择器地址端(A)时,可能随着选用函数输入变量作地址的方案不同,而使其设计结果不同,需对几种方案比较,以获得最佳方案。

3. 实验内容

3.1.测试74LSl39中一个2—4译码器的逻辑功能。

4个译码输出引脚Y0—Y3接电平指示灯。改变引脚G 、B、A的电平,产生8种组合。观测并记录指示灯的显示状态。

3.2. 利用使能端将两个2线-4线译码器组合成一个3线-8线译码器(设计性内容)。

3.3. 测试74LS153中一个4选1数据选择器的逻辑功能。

4个数据输入引脚C0-C3分别接实验台上的1O MHz、1MHz、500KHz、100KHz脉冲源。变化数据选择引脚A、B和使能引脚G的电平,产生8种不同的组合。观测每种组合下数据选择器的输出波形。

3.4.用双4选1数据选择器74LS153实现全加器(设计性内容,选做)。

3.4.1.写出设计过程

3.4.2.画出接线图

3.4.3.验证逻辑功能

三、实验结果

1. 74LS139 实验接线图和 74LS139 真值表

图4.7 74LS139实验接线图表4.4 74LS139真值表

图4.2中,KI、K2、K3是电平开关输出,LEDO、LED1、LED2、LED3 是电平指示灯。

2. 用2线-4线译码器扩展成3线-8线译码器

利用使能端将两个2线-4线译码器组合成一个3线-8线译码器。

要求:自己设计电路,画出电路图,并进行验证。测试时,引脚G、B、A接电平开关,8个输出引脚Y0—Y7接电平指示灯。改变引脚 G、B、A 的电平,产生 8 种组合。观测并记录指示灯的显示状态。分析电路工作原理。

3.74LS153实验接线图和74LS153真值表

图4.8 74LS153实验接线图

图4.8中,Kl、K2、K3是电平开关输出。

表4.5 74LS153真值表

74LSl39和74LSl53中,引脚 G 用于控制输出。在74LSl53中,当G为高电平时,禁止输出,输出为低电平;当G为低电平时,允许输出,由数据选择端B、A决定,C O、C l、C2、C3中的哪路数据送往数据输出端Q。在74LS139中,当G为高电平时,禁止输出,所有输出Y O、Y l、Y2、Y3为高电平;当G为低电平时,允许输出,由数据选择端B、A决定,输出Y O、Y l、Y2、Y3中的哪路数据为低电平。

四、实验心得

在此实验中,我学会了如何用两个二线—四线译码器完成一个三线—八线译码器的连接。实验还是非常成功的,尽管遇到了许多的困难,和同学们的讨论之下,顺利的完成了此次实验。对我学习三八译码器还是有比较大的帮助。

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