实验三 译码显示电路资料.docx

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实验三译码显示电路资料

一、实验目的：

1、掌握中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法

2、熟悉数码管的使用

二、实验仪器及器件：

1、数字电路实验箱、数字万用表、示波器。

2、器件：

74LS48X1,74LS194X1,74LS73X1,74LS00X2

三、实验预习：

1、复习有关译码显示原理。

2、根据实验任务，画出所需的实验线路及记录表格。

四、实验原理：

1、数码显示译码器：

（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

（一）（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。

（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，本实验系采用'74LS48BCD码锁存／七段译码／驱动器。

驱动共阴极LED数码管。

图

（二）为74LS48引脚排列。

其中A、B、C、D-BCD码输入端，a、b、c、d、e、f、g——译码输出端，输出“1"有效，用来驱动共阴极LED数码管。

-灯测试输入端，

=“0”时，译码输出全为“1”

-灭零输入端，

=“0”时，不显示多余的零。

/

-作为输入使用时，灭灯输入控制端；

作为输出端使用时，灭零输出端。

2、扫描式显示

对多位数字显示采用扫描式显示可以节电，这一点在某些场合很重要。

对于某些系统输出的的数据，应用扫描式译码显示，可使电路大为简化。

有些系统，比如计算机，某些A/D转换器，是以这样的形式输出数据的：

由选通信号控制多路开关，先后送出（由高位到低位或由低位到高位）一位十进制的BCD码，如图（三）所示。

图中的Ds称为选通信号，并假定系统按先高位后低位的顺序送出数据，当Ds1高电平送出千位数，Ds2高电平送出百位数，……一般Ds的高电平相邻之间有一定的间隔，选通信号可用节拍发生器产生。

如图（四）所示，为这种系统的译码扫描显示的原理图。

图中各片LED（共阴）的发光段并连接至译码器的相应端，把数据输入的相应权端与系统输出端相连，把各位选通端反相后接相应LED的公共端。

f（A）使数据输入是伪码（8421BCD中的1010-1111）时使f（A）=0，伪码灭灯。

接译码器的灭灯IB端，使不显示伪码。

3、四节拍发生器

扫描显示要求数码管按先后顺序显示。

这就要求如图（三）所示的选通信号。

通常该类型的信号称为节拍信号。

如果使用的数码管是共阴极型，则选通信号是图（三）的反相。

如图（五）所示就是这种节拍信号发生器。

图中74LS194为移位寄存器。

它具有左移、右移，并行送数、保持及清除等五项功能。

其引脚图如图（六）所示。

其中

为清除端，CP为时钟输入端，S1、S2为状态控制端，DSR为右移数据串行输入端，DSL为左移数据输入端，D0、D1、D2、D3为并行数据输入端，Q0、Q1.Q2、Q3为数据输出端。

其功能表如表

（二）所示。

节拍发生器工作开始时，必须首先进行清零。

当

负脉冲过后Q0、Q1.Q2、Q3全为零。

JK触发器

=1，因而S1=S0=1，实现并行送数。

当第一个脉冲的上升沿到达后，置入0111,CP下降沿到达后Q=0，即S1=0，S0=1，实现右移功能。

在CP作用下输出依次为1011,1101,1110，第四个CP下降沿到达后又使Q=1，实现第二个循环。

五．实验内容

1、按表

（二）测试74LS1940

2、按图（五）实现四节拍顺序脉冲发生器。

3、按图（四）实现四位扫描译码显示电路。

采用内容

（2）顺序脉冲作为Ds信号。

8421BCD码用逻辑模拟开关输入。

4、自行设计电路在4联装LED数码管同时显示出8位学号。

六、预习报告

1：

测试74LS1940

将74LS194的Cr′、S1、S0分别接入逻辑模拟开关D0、D1、D2，D0~D3接入另一组逻辑模拟开关，Q0~Q3接入LED显示器，即可按照表

（二）进行测试。

本人在实验中是通过接入显示灯和示波器分析各种状态来判断测试是否正常。

2：

实现四节拍顺序脉冲发生器。

先在计算机上的数字电路模拟软件ISIS7.1上模拟，我依照课本上的图（五），连接好一个四节拍发生器，之后用模拟示波器来检测电路的波形，如果该电路能达到实验要求的话，波形应该有节奏的，依次由高电平，变成低电平。

电路的连接如下:

测得波形如下：

时钟

A0

A1

A2

A3

如图所示，A0,A1,A2,A3随着时钟，时钟每过一个周期，A0，A1，A2，A3就依次由高电平变成低电平，所以的确打出了有序的四位节拍。

3、采用内容

（2）顺序脉冲作为Ds信号。

8421BCD码用逻辑模拟开关输入。

根据题目提醒，采用内容

（2）顺序脉冲作为Ds信号。

8421BCD码用逻辑模拟开关输入。

我从库中调出一个四位LED显示器，用内容

（2）的四位节拍输入作为LED的数码管位选端的输入。

再将74LS48的输出连接到数码管的BCD码输入，再用模拟开关控制BCD码的选择。

所以我们可以很轻松的得到实验电路图如下:

将频率调到1Hz，将BCD码的输入设置为0100，那么四块LED依次显示出2的数字。

再将频率调到1000Hz，打开开关后，4块LED同时显示出2，显示如下：

说明，利用4节拍发生器，将频率调到我们肉眼无法分辨的高频率是，就可以让四个LED同时发光（其实是余晖效应）。

所以该电路符合实验要求。

4、自行设计电路在4联装LED数码管同时显示出8位学号。

根据提示，我们可以用显示内容决定显示位置.

通过74LS197来产生十六进制或八进制数，继而数码管段选端，从中挑选出需要显示的数字，由每一个数字去选择要显示的位置，选择位置可通过将显示内容的BCD码作为地址码输入74LS138地址输入端。

确定了显示位置后，要通过所学知识产生于节拍发生器具有相同变换速度的两个显示内容，分别作为前4和后4学号的段选输入。

所以说我先要通过74LS197来产生一组十六进制数接入数码管的选端端，连接如下：

之后，从中挑选出需要显示的数字，由每一个数字去选择要显示的位置，选择位置可通过将显示内容的BCD码作为地址码输入74LS138地址输入端。

所以说我再将74LS197的输出连接到74LS138的输入，但74LS138的输入只有三个接口，而74LS197的输出有四个，为了保持更新的频率，我将74LS197的Q0Q1Q2连接到74LS138的ABC上。

再将74LS138的输出Y0~Y7连接到数码管的位选端：

将时钟频率调到1000Hz，测试电路，发现了一个重大的问题，如下：

如图所示，第一个LED只显示8，第二个LED之显示9，这是为什么呢？

因为，按照时钟顺序，1到8块LED依次显示0123456789。

但是这样一来，第一个LED显示0和8，第二个显示1和9，但0和8重合之显示8，1和9重合只显示9，为了避免这种情况，而且为了能按我的构想显示特定的数字，我决定对电路进行改良。

我的学号为14348189，所以在内容为4时要让第2和第4块LED发光，那么将74LS138的Y4连接到选位端2和4上，同理数字3,8,9的实现也是如此。

那么，问题来了，如何让数字1实现而不被9所遮蔽呢？

Q3

Y1

显示

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

我发现，当Q3~Q0的电平为0001时，为数字1，位1001时为数字9，他们的区别就在于Q3的点评的高低。

所以Q3与Y1的电平决定了是显示1还是显示9.所以可以列出真值表如下：

（Ps:

因为是低电平有效，所以输出为0是，LED才会亮）

所以可得表达式如下：

显示=（Q3’Y1’）’

所以综合上述，可得改进电路如下：

将频率调至1000Hz,测得LED显示如下：

成功的显示了我的8位学号。

所以，达到了实验要求，该电路是可行的。

七、实验报告

1、按表

（二）测试74LS1940

将74LS194的Cr′、S1、S0分别接入逻辑模拟开关D0、D1、D2，D0~D3接入另一组逻辑模拟开关，Q0~Q3接入LED显示器，即可按照表

（二）进行测试。

让D0~D3接上低电平，DsrDsl接上高电平，时钟Cp接到正脉冲。

下面分五组情况进行测试：

A:

CrS1S0=101右移

首先，LED的灯是全灭的，我每发射一次正脉冲，从左到右，LED灯依次点亮，如图所示：

原始状态

第一次脉冲

第二次脉冲

第三次脉冲

第四次脉冲

BCrS1S0=110左移

首先，LED的灯是全灭的，我每发射一次正脉冲，从右到左，LED灯依次点亮，如图所示：

原始状态

第一次脉冲

第二次脉冲

第三次脉冲

第四次脉冲

CCrS1S0=0XX置零

当我发射一次脉冲后，所有的灯全灭。

FCrS1S0=111并行送数

现在我改变设置，将D0D2D3接高电平，D1接低电平。

之后，发射一次脉冲，LED灯，除了第2盏灯没亮，其余的灯都亮了。

原始状态

发射一次脉冲

ECrS1S0=100保持

现在，我再次改变设置，将D0D1D2D3全部接到高电平。

发射脉冲，但是，LED灯的显示没有改变，仍然保持上次设置的情况，如上图所示。

经过一系列的测试，我已初步掌握，74LS194的功能。

加强了对74LS194的认识和功能的应用。

2、按图（五）实现四节拍顺序脉冲发生器。

我按照在预习报告中所画出的电路图，在实验箱中按顺序连接好，各个原件，不过为了观察方便，我并没有使用逻辑分析仪，而是直接将QAQBQCQD的输出连接到LED灯上面，这样可以十分直观的观察四节拍顺序发生器的功能，并把时钟脉冲输入的频率调成1Hz以便肉眼观察。

接下来记录LED灯的情况。

初始状态

1秒后

2秒后

3秒后

4秒后

5秒后

由此可见，四节拍顺序发生器，周而复始的，以时钟输入的周期为时间差的，输出一个低电平。

所以该电路设计达到了实验要求，是成功的。

3、按图（四）实现四位扫描译码显示电路。

采用内容

（2）顺序脉冲作为Ds信号。

8421BCD码用逻辑模拟开关输入。

根据题目提醒，采用内容

（2）顺序脉冲作为Ds信号。

8421BCD码用逻辑模拟开关输入。

我从库中调出一个四位LED显示器，用内容

（2）的四位节拍输入作为LED的数码管位选端的输入。

依据我在计算机模拟的电路图，我，按顺序依次连接各个原件。

并将BCD码输入端P10P11P12P13调成1110以便显示出7.

之后，先将脉冲的输入调至1Hz，观察数码管显示，发现四个数码依次显示出7的数字，频率与时钟一致。

之后，将脉冲输入的频率调至1000Hz，观察数码管显示，发现，四个数码管同时显示出7，如下图所示：

实验显示，我成功的利用余晖效应，在将时钟脉冲频率调高至一定频率后，可让四位数码管同时显示出某个数字。

所以该电路达到了实验目的，符合实验要求。

4、自行设计电路在4联装LED数码管同时显示出8位学号。

通过74LS197来产生十六进制或八进制数，继而数码管段选端，从中挑选出需要显示的数字，由每一个数字去选择要显示的位置，选择位置可通过将显示内容的BCD码作为地址码输入74LS138地址输入端。

确定了显示位置后，要通过所学知识产生于节拍发生器具有相同变换速度的两个显示内容，分别作为前4和后4学号的段选输入。

我按照实验报告中的电路按顺序连接好试验箱中的各个元件，并测试电路：

我将脉冲频率调至1000Hz后，观察两个四位数码管显示如下：

发现数字的颜色比较淡，我在将，频率调高至10MHz后观察，发现数字的颜色深了许多。

稳定后两个八位数码管显示我的学号14348189。

所以该电路符合实验要求，达到了实验目的，是可行的。

8、实验心得

1实验中如果遇到功能不熟悉的元件，我们既可以上网查找其相关资料，也可以通过控制变量法进行测试，推测出其相关功能。

2实验时应注意理论与实验相结合，理论课上，我还没有学到JK触发器，这让我对四节拍顺序脉冲发生器的理解带来了很大的障碍。

3在一定范围内，如果，时钟脉冲的频率越高，扫描译码显示电路的数字的亮度就越高。

4为了画出实验电路，在吧列真值表时要考虑到所有与所求输出相关的输入的所有组合情况，不然的话，可能会发生遗漏。