编码器和译码器

一、 实验目的

1. 掌握用逻辑门实现编码器的方法
2. 掌握中规模集成电路编码器和译码器的工作原理即逻辑功能
3. 掌握 74LS138 用作数据分配器的方法
4. 熟悉编码器和译码器的级联方法
5. 能够利用译码器进行组合逻辑电路设计

二、 实验原理

1. 编码器
把二进制码按一定的规律编排，例如 8421 码、格雷码等，使每组代码具有一特定
的含义（代表某个数或控制信号）称为编码 。 具有编码功能的逻辑电路称为编码器 。
如图是常用的 8 线-3 线优先编码器 74LS148 与其功能表。 𝑆′ = 0表示编码器正常工作，
′𝑌𝑆= 0表示电路正常工作但无编码输入， 𝑌𝐸𝑋 ′ = 0表示电路正常工作且有编码输入。

利用两片 74LS148 可组成 16 线-4 线优先编码器如下图。

2. 译码器
译码是编码的逆过程。译码器将每个二进制代码赋予的特定含义“翻译”过来，转
换成相应的信息符号，具有编码功能的逻辑电路被称为译码器。常用的译码器有二进制
译码器、二-十进制译码器、显示译码器。
常用的二进制译码器是 74LS138，如图是其接口与功能表。 其中𝑆1 = 1, 𝑆2′ + 𝑆3′ =
0时译码器工作。观察其功能表，每个输出端口对应了一个最小项，即𝑌𝑖′ = 𝑚𝑖′，则一个
74LS138 的 8 个端口对应了三个变量的全部最小项，故称为最小项译码器，可用于实现
逻辑函数。

利用两片 74LS138 可组成 4 线-16 线译码器，连接方式如下。

能直接驱动数字显示器或能同显示器配合使用的译码器称为显示译码器。常用的显
示译码器能驱动七段字符显示器。 CD4511 及其功能表如下图所示。

三、 实验内容

1.4 线-2 线优先编码器
实验要求：用与非门与反相器实现一个 4 线-2 线优先编码器，要求输入端高电平有效。
实验分析：按要求列出真值表，如下表所示，其中 D 为最高位， A 为最低位。

利用卡诺图进行化简后得到输入输出关系为：
𝑌0 = 𝐶 + 𝐷 = (𝐶′𝐷′) ′
𝑌1 = 𝐵𝐶′ + 𝐷 = ((𝐵𝐶′)′𝐷′) ′
则根据输入输出关系式可得出如下实验原理图：

按原理图连接电路后实验结果（附于报告末尾） 与预期符合。
2.数据分配器
实验要求：将 74LS138 用作数据分配器，将 1Hz 连续脉冲信号加入控制输入端，输出连接发光二极管，改变地址码的值，观察实验现象。
实验分析： 按下图将端口连接完成。

改变不同的地址输入， 得到的实验结果列表如下：

实验现象：每给出一个地址输入，对应的输出端二极管闪烁，其他二极管保持发光，
且分析得知，闪烁二极管的输入与𝑆1的输入反相。若要求分配器的输出信号与输入
脉冲信号同相，则将脉冲信号通过一个反相器后再接入𝑆1端口。
3. 验证编码器、译码器的逻辑功能
实验要求：按下图连接电路，验证 74LS148 和 74LS138 的逻辑功能。

实验结果：根据 74LS148 和 74LS138 输出状态，得到下表：

实验分析： 74LS148 是 8 线-3 线优先编码器，且输入输出均为低电平有效，故接入
的 LED 灯不发光表示有效。因为 74LS138 的输入端是高电平有效，故在中间接入反
相器使 0 和 1 的位置对应。接入数码管也可直观的观察输入，同时还可以用于判断
非门的好坏。对整个电路而言，输出端反应了输入端优先级最高的输入信号。
4. 报警装置
实验要求： 设计一个三路报警装置。 当第一路有报警信号时，数码管显示“1” ；当
第二路有报警信号时，数码管显示“2” ；当第三路有报警信号时，数码管显示“3” ；
当有两路或两路以上有报警信号时，数码管显示“8” ；当无报警信号时，数码管显
示“0” 。用 74LS138、 CD4511 和逻辑门等器件设计该电路。
实验分析：根据题意和 CD4511 的显示与输入关系列出真值表如下：

根据真值表得到逻辑函数为：
𝐴 = (𝑚1′ 𝑚4′ ) ′
𝐵 = (𝑚2′ 𝑚4′ ) ′
𝐶 = 0
𝐷 = (𝑚3′ 𝑚5′ 𝑚6′ 𝑚7′ ) ′
由于 74LS138 可得到三个输入的全部最小项，则根据逻辑函数，得到如下实验电路
图：

其中，端口 1、 2、 3 分别对应报警线路 1、 2、 3.选择不同的输入，得到输出结果与上述真值表一致。
5. 实现逻辑函数
实验要求：用两片 74LS138 和双与非门设计下面的多输出函数。
{𝑌1 = 𝐴′𝐵 𝐶′𝐷′ + 𝐴′𝐵𝑌2′𝐶=′𝐷𝐵𝐶 +𝐴 𝐵′𝐶′𝐷′+𝐴 𝐵 𝐶 𝐷′
实验分析： 74LS138 可以提供三个变量的全部最小项，可用于实现逻辑函数。但是
观察题目发现有四个变量，于是想到利用两片74LS138组成一个4线-16线译码器，
即可提供四个变量的所有最小项，因此题目所给函数便得以实现。首先将逻辑函数
转化为与非形式得：
𝑌1 = (𝑚1′ 𝑚2′ 𝑚7′ 𝑚8′ )′
𝑌2 = (𝑚6′ 𝑚7′ 𝑚14 ′ 𝑚15 ′ )′
根据逻辑函数，得到如下电路图：

改变输入，得到输出结果记录于下表：

真值表对应的逻辑函数与题给函数一致。

四、 思考题

1.如何判断一个数码管的好坏?
对于共阴极数码管，将公共端接地，其余各端口接入高电平，若都亮，则数码
管是好的，反之，数码管是坏的；对于共阳极数码管，将公共端接高电平，其余各端口
接入低电平，若都亮，则数码管是好的，反之，数码管是坏的。
2.共阴极和共阳极数字显示器有什么区别?能否用 CD4511 直接驱动共阳极数字显示器?
共阴极是把二极管的阴极接在一起，使用时公共端接低电平，其余端接高电平
驱动，共阳极是把二极管的阳极接在一起，使用时公共端接高电平，其余端接低电平驱
动。不能使用用 CD4511 直接驱动共阳极数字显示器，因为 CD4511 的输出是高电平有
效，而驱动共阳极数字显示器需要低电平，可在 CD4511 的输出端接反相器驱动。
3.为什么用二进制译码器可以设计任意组合逻辑电路?
因为二进制译码器可以提供输入变量的全部最小项，利用这些最小项的组合便
能实现任意逻辑函数。
4.总结用集成电路进行功能扩展的方法。
（1）根据所要求功能进行逻辑抽象，对给定的因果关系列出真值表
（2）利用真值表写出对应的逻辑函数式
（3） 根据电路具体要求和所有资源情况选定器件类型
（4）将逻辑函数式根据所选器件转换或简化成利于实现的形式
（5）根据所转化的逻辑函数连接电路
（6）根据电路实验验证是否符合扩展要求

五、反思总结

本次实验学习了编码器和译码器的相关知识，并利用它们实现一定的逻辑功能。设计实
验时，要求对数字逻辑电路有一定的掌握，否则也难以顺利完成。在第三个实验中， 在完整
连接电路的前提下，我们总是不能得出正确实验结果，最后花费了大量时间进行检查，才发
现是因为芯片损坏，在老师更换芯片后才得以顺利完成，不过已经浪费了大量时间。所以在
实验前，一定要检查器件与接线的好坏，否则会因为检查电路浪费很多时间。