实验二十一 编码器和译码器的应用

（1）掌握中规模集成编码器、译码器、七段字形显示器的逻辑功能和使用方法。

（2）了解译码器的应用。

（3）学习用译码器构成任意组合逻辑电路的方法。

（1）数字逻辑实验箱 1 台。

（2）元器件：74LS00、74LS20、74LS48（七段显示译码器）、共阴八段数码管各 1 片，

74LS148（8 线-3 线优先编码器）、74LS138（3 线-8 线译码器）各 2 片，导线若干。

1．编码器

编码器是将输入的不同信号转换成特定代码的逻辑电路。编码器可分为普通编码器和优 先编码器。

（1）普通编码器。普通编码器是将输入信号编成与之一一对应的二进制代码的电路，任 何时间只能输入一个信号，若同时输入两个或两个以上的信号，电路的逻辑功能将产生混乱。

一般而言，N 个不同的信号，至少需要 n 位二进制数编码。N 和 n 之间满足下列关系：2ⁿ≥N。

3 位二进制普通编码器的真值表如表 21-1 所示。它的逻辑功能是：将 I0编成 000 代码，将 I1

编成 001 代码，依此类推，将 I7编成 111 代码。

（2）优先编码器。优先编码器允许同时输入多个（两个或两个以上）信号。当同时输入 多个信号时，优先编码器只对其中优先级别最高的信号进行编码；当优先级别最高的信号未输 入时，就对优先级别次高的信号进行编码，依此类推，逻辑关系不会混乱。74LS148 是集成的 8 线-3 线优先编码器，它有八个输入端，可输入八种取值组合，有三个输出端，即对八种输入 进行编码的二进制代码。图 21-1 是 74LS148 的管脚图。其中，I ～₀ I 为输入信号端（₇ I 的₇ 优先级别最高）， S 是使能输入端，Y ～₂ Y 是三个输出端，₀ YEX和Y 是用于扩展功能的输出S

端。74LS148 的功能如表 21-2 所示。

表 21-1 3 位二进制普通编码器的真值表

输入 输出

I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 Y2 Y1 Y0

0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1

0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0

0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1

0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0

0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1

0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0

1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1

图 21-1 74LS148 的常用符号图和管脚图

表 21-2 8 线-3 线优先编码器 74LS148 的真值表 输入使

能端 输入 输出 扩展 使能

输出 S I₇ I₆ I₅ I₄ I₃ I₂ I₁ I₀ Y₂ Y₁ Y₀ Y_EX Y S

1 × × × × × × × × 1 1 1 1 1

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

0 0 × × × × × × × 0 0 0 0 1

0 1 0 × × × × × × 0 0 1 0 1

0 1 1 0 × × × × × 0 1 0 0 1

0 1 1 1 0 × × × × 0 1 1 0 1

0 1 1 1 1 0 × × × 1 0 0 0 1

0 1 1 1 1 1 0 × × 1 0 1 0 1

0 1 1 1 1 1 1 0 × 1 1 0 0 1

0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1

2．译码器

译码器是将输入的具有特定含义的二进制代码翻译成对应的输出高、低电平信号的逻辑 电路，与编码器的功能相反。译码器在数字系统中应用广泛，可用于代码的转换、终端数字的 显示、数据的分配等。译码器分为通用译码器和显示译码器。

（1）通用译码器。74LS138 是常用的集成 3 线-8 线译码器，它有三个输入端，可以输入 三位二进制代码，共有八种状态组合；有八个输出端，即可译出八个输出信号。管脚图如图 21-2 所示。其中，管脚 A2、A1、A0为二进制编码输入端（A2为高位，A0为低位）；Y ～₇ Y 为₀ 译码输出端（Y 为高位，₇ Y 为低位）₀ ，S1、S 、₂ S 为信号输入允许端，也称使能端。S₃ 1为高 电平有效，S 、₂ S 为低电平有效（图中用管脚处的圆圈来表示低电平有效）₃ 。只有使能端有 效时输入的信号才有效，才能够正常译码，否则禁止译码。74LS138 的功能见表 21-3。

图 21-2 74LS138 的常用符号图和管脚图

表 21-3 74LS138 的逻辑功能表

输入使能端 输入 输出

S1

S2 S₃ A2 A1 A0 Y7 Y₆ Y₅ Y₄ Y₃ Y₂ Y₁ Y₀

0 × × × × × 1 1 1 1 1 1 1 1

× 1 × × × × 1 1 1 1 1 1 1 1

× × 1 × × × 1 1 1 1 1 1 1 1

1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0

1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1

1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1

1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1

1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1

1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1

1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1

74LS138 可用作函数信号发生器，如图 21-3 所示，令函数的逻辑变量 ABC=译码器的输入 变量 A2A1A0，实现的逻辑函数是Y ABCABCABCABC。

图 21-3 函数信号发生器产生函数

（2）半导体数码显示器。半导体数码显示器是由七个或八个独立的制作成段状的发光二 极管（Light Emitting Diode，简称 LED）组成的，因此这种数码显示器又叫 LED 数码管或 LED 显示器。通过七段独立的发光二极管的不同点亮组合来显示 0～9 这十个不同的数字，另有一 段用来显示小数点。LED 数码管内部连线又有共阳和共阴之分，如图 21-4 所示，对共阴极数 码管而言，所有 LED 负端并联接地，当 a～h 为高电平时相应发光二极管点亮；对共阳极数码 管而言，所有 LED 正端接电源电压，当 a～h 为低电平时相应发光二极管点亮。

图 21-4 半导体数码管

（3）显示译码器。显示译码器又叫译码驱动器，是用于驱动显示器的译码器。它是把 8421BCD 码转换成能使 LED 数码管显示相对应的十进制数字的组合逻辑电路。显示译码器显 示原理如图 21-5 所示。

图 21-5 显示译码器显示原理

因为 LED 数码管有共阳和共阴之分，所以显示译码器也有反码输出和原码输出之别。在 使用时，共阳数码管必须用反码输出（低电平有效）的显示译码器驱动，共阴数码管必须用原 码输出的显示译码器驱动。表 21-4 是原码输出七段显示译码器的真值表。

表 21-4 七段显示译码器的真值表（原码输出）

数字 A3 A2 A1 A0 Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg 显示字形 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0

1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 6 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 9 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 无

效 代 码

1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0

常用的显示译码器有 4 线-七段显示译码器 74LS249（原码输出，集电极开路输出）、74LS47

（反码输出，集电极开路输出，15V）和 74LS48（原码输出）。图 21-6 所示是 74LS48 的管脚 图。其中几个特殊管脚说明如下：

图 21-6 74LS48 的常用符号图和管脚图

 LT ：称为灯测试输入端，低电平有效，优先级别最高。该输入端常用于检查 LED 数码管的好坏。当LT=0 时，数码管的七段应该同时点亮，显示数字“8”，表明该数 码管正常工作；若显示不全，就说明其中有几段 LED 出了问题（假设 74LS48 是好

的）。数码管正常显示时，应令 LT 端接高电平。

 RBI ：称为灭零输入端，低电平有效，用于将无效的零灭掉，此时 LT 应等于 1。

 BI RBO ：称为灭灯输入/灭零输出端，为低电平有效。作为输入端时，称为灭灯输入/ 端，当 BI =0 时不管输入如何，数码管不显示数字；作为输出端时，称为灭零输出端，

用于灭掉不希望显示的零。一般在整数部分将高位的 RBO 与低位的 RBI 相连，在小 数部分将低位的 RBO 与高位的 RBI 相连，当 RBO =1 时，说明本位处于显示状态；

只有当 LT =1、A3A2A1A0=0000（A3是高位）且 RBI =0 时， RBO 才为 0，此时与之相 连的 RBI 端的数位若为零，则该零被熄灭。

用 4 线-七段显示译码器 74LS48 直接驱动共阴极的七段半导体数码管的驱动电路如图 21-7 所示。

图 21-7 74LS48 驱动共阴极的七段半导体数码管的驱动电路

1．集成编码器的逻辑功能

（1）验证 8 线-3 线优先编码器 74LS148 的逻辑功能。使能端 S 和输入端I ～₀ I 接开关，₇ 输出Y ～₂ Y 接₀ LED，切换 S 、I ～₀ I 的开关状态，观察输出情况，填表₇ 21-5，与 74LS148 的功能表进行比较。

表 21-5 输入使

能端 输入 输出 扩展 使能

输出 S I₇ I₆ I₅ I₄ I₃ I₂ I₁ I₀ Y₂ Y₁ Y₀ Y_EX Y S

1 × × × × × × × ×

0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 × × × × × × ×

0 1 0 × × × × × ×

0 1 1 0 × × × × ×

续表 输入使

能端 输入 输出 扩展 使能

输出 S I₇ I₆ I₅ I₄ I₃ I₂ I₁ I₀ Y₂ Y₁ Y₀ Y_EX Y S

0 1 1 1 0 × × × ×

0 1 1 1 1 0 × × ×

0 1 1 1 1 1 0 × ×

0 1 1 1 1 1 1 0 ×

0 1 1 1 1 1 1 1 0

（2）编码器的应用。电话室有三种电话，按由高到低优先级排序依次是火警电话、急救 电话、工作电话，要求电话编码依次为 11、10、01。试设计电话编码控制电路。用 74LS148 配合门电路实现。

（3）74LS148 的扩展。如图 21-8 所示，用两片 74LS148 实现一个 16 线-4 线优先编码器，

将A ～₁₅ A₀16 个低电平信号编成 1111~0000 代码。要求A 优先级最高。连线实验，判断结₁₅ 果正确性。

图 21-8 两片 74LS148 实现一个 16 线-4 线优先编码器 2．集成译码器的逻辑功能

（1）验证 3 线-8 线译码器 74LS138 的逻辑功能。

①译码器功能测试：输出端Y ～₇ Y 接₀ LED，使能端 S1、S 、₂ S 接固定电平₃ 100，使译 码器选通。输入 A2、A1、A0接逻辑电平开关，改变 A2、A1、A0的开关状态，使之输入 000～

111 共 8 种状态，观察发光二极管的变化，并记录实验结果。自拟表格记录。

②使能端功能测试：观察 S1、S 、₂ S 为其他输入时译码器被禁止的情况并记录实验₃ 结果。

（2）译码器的应用——作函数发生器。自行设计电路，用 74LS138 和 74LS20 实现函数 Y ABCABCAB，在图 21-9 中进行连线并做实验，将结果填入表 21-6。

图 21-9 提供器件图

表 21-6

输入 输出（理论值） 输出（实际值）

A B C F F

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

（3）译码—显示电路。如图 21-10 所示，根据提供器件标明管脚编号，按图接线实验，

A3～A0接开关，切换开关状态，观察数字显示情况。在表 21-7 中做记录。

图 21-10 74LS48 驱动共阴极的七段 LED 数码管的驱动电路

表 21-7

74LS48 输入 输出

A3 A2 A1 A0 显示数字形状

0 0 0 0

0 0 0 1

0 0 1 0

0 0 1 1

0 1 0 0

0 1 0 1

0 1 1 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 0 1

1 0 1 0

1 0 1 1

1 1 0 0

1 1 0 1

1 1 1 0

1 1 1 1

（1）复习编码器、译码器的工作原理。

（2）根据实验任务，画出所需的实验线路及记录表格。

（1）如何通过实验判断数码管的共阴、共阳之分？

（2）用两片 74LS138 组合成一个 4 线-16 线译码器，并进行实验，检测记录电路功能。

（3）使用一个 3 线-8 线译码器和与非门设计一个 1 位二进制全减器，设计逻辑图，检测 并记录电路功能。

注意数码管的共阴和共阳之分，不要选错。

在文檔中 电工电子技术实验与实训教程 - 万水书苑-出版资源网 (頁 72-80)