第三章 综合应用及设计性实验
实验一 计数译码显示电路
一、实验目的
1．熟悉集成计数器、译码器和显示器的功能；
2．了解集成计数器、译码器和显示器的应用。 二、实验内容说明 1．集成计数器
计数器是计算机和数字逻辑系统的基本部件之一，它不仅能计脉冲数，还能用作数字系统的分频器、定时器和运算器等。
根据计数器中数值增减的不同，计数器可以分为加法计数器、减法计数器以及两者兼有的可逆计数器；根据进位制不同，可分为二进制计数器、十进制计数器、八进制计数器等多种；根据计数器中各触发器状态的更新所受时钟脉冲控制的相同与否，可分为同步计数器和异步计数器。 本实验中采用的74LS90计数器是由二进制及五进制电路构成的中规模集成电路，引脚图如图3.1.1所示。74LS90可以构成十进制计数器： a. 将QA接到CP输出为8421码；
B，计数脉冲由CPA输入，则
b. 将QD接到CPA，计数脉冲由CPB输入，则
输出为5421码。74LS90计数器的工作电压UCC=5V，
表3.1.1是其功能表。
表3.1.1 74LS90功能表 图3.1.1 74LS90引脚图 复位输入 R0(1) 1 1 ф CPф ф ф 置位输入 S9(1) 0 ф 输 出 QD 0 0 1 QC 0 0 0 QB 0 0 0 QA 0 0 1 R0(2) 1 1 ф S9(2) ф 0 1 0 ф 1 ф ф 0 ф ф 0 0 ф 0 ф 0 ф 计 数 0 0 为便于将计数器预置成“0”（0000）或“9”（1001），74LS90还设置了两个置0输入端R0(1)、R0(2)和两个置9输入端S9(1)、S9(2)。由表3.1.1可知，74LS90有三种工作方式：直接置0、直接置9和计数，并且置9优先于置0。
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通过复位法和置位法可以得到M≤10的M进制计数。计数器初态为0000，复位法是将第M个时钟脉冲作用下产生的“1”电平输出Q端去控制置0输入端R0(1)、R0(2)，使计数器复位为0000状态而构成M进制计数的方法；置位法是将第M-1个时钟脉冲作用下产生的“1”电平输出Q端去控制置9输入端S9(1)、S9(2)，使计数器状态跳到“9”（即1001状态），第M个脉冲到达时计数器复位为0000状态而构成M进制计数的方法。以六进制异步计数器的复位法设计为例，见图3.1.2：QA接到CPB，计数脉冲由CPA输入，则输出为8421码。将QC、QB输出端分别接至置零输入端R0(1)、R0(2)，且计数器初态为0000。当第5个脉冲到来时，QDQCQBQA从0000计数至0101；第6个脉冲到来后，QDQCQBQA的0110状态成为过渡状态，使R0(1)、R0(2) 置零，即QDQCQBQA复位为0000状态。六进制异步计数器的置位法设计由同学们自行完成。
(a) 接线图 （b） 波形图
图3.1.2 六进制异步计数器（复位法）
2．译码显示
译码是将二进制代码所表示的特定含义翻译出来的过程，完成译码操作的电路就是译码器。译码器分两大类，即通用译码器和显示译码器。前者如3线-8线译码器、4线-16线译码器等属于n线-2n线译码器的范畴，表示n个输入变量有2n个不同的组合状态，相应有2n个输出端供译码输出使用。后者常用于数字仪表、计算机和其它数字系统中，本实验采用的BCD- 七段译码器即显示译码器中的一种。当需要把测量数据和运算结果用十进制数以0、1、……、9字形直观地显示出来时，就要用译码器和显示器分别完成二-十进制译码和数字显示。
（1）LED显示器
目前数字仪器中广泛采用的是七段显示器件，常见的有荧光数码管、液晶显示器和发光二极管显示器（也称LED显示器）。 LED显示器的外形图和各段编号如图3.1.3所示，“h”脚控制小数点的发光与否，在多位数显示时有意义。发光二极管（LED）是由特殊半导体材料（磷化镓、砷化镓等）制成的二极管，基本特性与普通二极管相同。工作电压是1.5~3V，工作电流为几毫安到十几毫安，寿命较长。当外加正向电压时，能发出清晰的光线，有红、黄、绿等多种颜色。LED显示器又分为共阴极式和共阳极式两种，其二极管连接方式如
图3.1.3 LED显示器的外形图 图3.1.4所示。前者各字段接高电平发光；后者各字段接低电
平发光。
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（a）共阴极 （b）共阳极
图3.1.4 LED连接方式
（2）BCD-七段译码器
本实验选用的74LS48是BCD-七段译码器，后接共阴极LED显示器，其引脚图如图3.1.5所示。其中：工作电压VCC=5V；D、C、B、A为四位二进制数的输入端；a~g为译码输出端；三个控制端（低电平有效）分别为灯测试输入端LT、串行消隐输入端RBI、消隐输入端BI和串行消隐输出端RBO。它们的控制功能如表3.1.2所示。
图3.1.5 74LS48的引脚图 表3.1.2 74LS48的功能表
功 能 LT输 入 RBI D ф ф C ф ф B ф ф A ф ф BI/RBO 1/ 0/ /0 1/ 输 出 a b 1 0 0 1 0 0 c 1 0 0 d 1 0 0 e 1 0 0 f 1 0 0 g 1 0 0 试 灯 灭 灯 灭 零 译码显示 0 ф ф ф 1 1 0 ф 0 0 0 0 四位二进制数码 对应的译码显示字形 由表3.1.2可知：（1）当灯测试输入端LT有效而消隐输入端BI无效时，无论输入DCBA的状态如何，输出a~g全为“1”，即七段全亮，显示“8”字形。可见，使LT=0可以检查显示器各发光段能否正常发光。
（2）当消隐输入端BI有效，而其它输入端和控制端为任意态时，输出a~g全为“0”，即七段全灭。故消隐输入端BI也称为灭灯输入端。
（3）设置串行消隐输入端RBI的目的是将多位数字中不希望显示的“0”（称无效零）熄灭。当输入D~A全为“0”时，本应显示“0”字形，但如果此时加入RBI=0的信号，就不会显示“0”而为熄灭状态，此时从RBO输出低电平信号，将前（后）位的无效零消隐。例如电路的读数为005.010（需六个译码显示器），如果采用了正确的灭0连接，则千分位、十位和百位的无效零被消隐，译码显示器将显示5.01。
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三、预习要求
1．复习十进制计数器、译码器和显示器的工作原理。
2．熟悉实验中计数器、译码器的引线排列和引出端功能。 3．预习实验内容、方法、步骤以及实验连接图。 4．熟悉实验仪器的使用方法。
5．设计一个由74LS90构成的8421十进制加法计数器，画出外引线连接图和计数顺序表。 6．应用复位法或置位法，设计一个由74LS90构成的九进制计数器，并画出外引线连接图和波形图。
四、 思考题
1．如何预置74LS90的输出QDQCQBQA=0000或者1001？ 2．8421和5421的编码方式有何不同？试画出计数顺序表。 五、实验仪器和设备
1．电子技术电路实验箱 1个 2．双踪示波器 1台
六、实验内容及步骤
1． 按预习要求5中设计好的电路自行完成外引线连接，并设置各输入电平和控制端电平，用74LS90完成8421十进制加法计数器的功能。
（1）计数器输出QDQCQBQA接发光二极管，CP接连续脉冲信号（1Hz）。观察随着CP脉冲数目的增加，输出QDQCQBQA状态的变化。
（2）CP接连续脉冲（1kHz），用示波器观察QD，QC，QB，QA与CP之间的对应波形，并作波形于图3.1.6。
QC QB QA
图3.1.6 波形图
2．按预习要求6中设计好的电路自行完成外引线连接，并设置各输入电平和控制端电平，用74LS90完成8421九进制加法计数器的功能。
（1）计数器输出QDQCQBQA接发光二极管，CP接连续脉冲信号（1Hz）。观察随着CP脉冲数目的增加，输出QDQCQBQA状态的变化。
（2）CP接连续脉冲（1kHz），用示波器观察QD与CP，QA与CP之间的对应波形，并作
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波形于图3.1.6。
3．按图3.1.7所示，构成译码显示电路。
（1）按照表3.1.3的要求，用电平开关设置译码器控制端和输入端D~A的输入电平，观察显示器各字段的亮灭状态，并在表3.1.3中填写输出电平值。
（2）将74LS48的输入端D~A改接计数器74LS90的输出端QD~QA，并将74LS90接为十进制计数器。从74LS90的CPA输入1Hz连续脉冲，观察计数-译码显示器的工作情况。
＋5V 图3.1.7 译码显示电路
表3.1.3
输 入 序号 LT74LS48 RBI D ф ф C ф ф B ф ф A ф ф BI/RBo 1/ 0/ /0 输 出 图 形 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 ф ф ф 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 ф 1/ 七、 实验报告要求
1．总结复位法和置位法设计M进制计数器的规律；
2．在表3.1.3中画出与输入DCBA的变化相对应的各字段发光图形。
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