74LS138译码器实现2位二进制乘法器-QuartusII 软件仿真
 
一、74LS138译码器介绍
二、真值表和逻辑表达式构建
三、原理图设计及实验仿真
四、总结用译码器设计组合逻辑电路的方法

 
一、74LS138译码器介绍
 
74LS138是3-8译码器，一共有3个地址输入端，即C、B、A(A为低位)，3个选通输入端G1、G2AN、G2BN，以及8个译码输出端Y0N、Y1N、Y2N、…、Y7N。译码输出为低电平有效。通过地址输入端可以控制相应的输出端子为低电平有效，完成地址的译码输出。
 
 
二、真值表和逻辑表达式构建
 
逻辑定义：输入端为B1、B0、A1、A0，分别代表第一个数的高位和低位，第二个数的高位和低位；输出用Y3、Y2、Y1、Y0表示，分别连接对应的LED灯，如果LED点亮（逻辑输出1）则表示该处输出位计算结果为1，否则为0，最后输出Y3、Y2、Y1、Y0顺序组合则代表最终计算结果。
 
以下是真值表和逻辑表达式：
 
 
`
 
 
三、原理图设计及实验仿真
 
包括：仿真波形截图、仿真结果表（代替测试表格）
 
 
 仿真结果表：
 
 

 
四、总结用译码器设计组合逻辑电路的方法
 
使用编码器设计电路有以下流程：
 
 
分析题意，将要求转化成逻辑实现功能，同时进行逻辑定义
 
 
根据功能实现列出真值表，根据真值表列写逻辑表达式
 
 
根据表达式变量选择合适的译码器，确定使用译码器的数量、型号等
 
 
选好地址端和数据输入端，结合简单逻辑门器件完成电路设计
 
 
使用Quartus进行初步的逻辑波形仿真，检验仿真效果和功能
 
 
对电路进一步优化，包括方案思路、电路元器件选择、排线走线等等
 7）对电路方案进行评价
 

【数电专栏】
 


 
文章目录
 
A 译码器
A.a 二进制译码器
A.b 二-十进制译码器
A.c 显示译码器
A.d MSI译码器应用示例
 

 
A 译码器
 
译码和译码器:译码是编码的逆过程，译码器的功能与编码器相反,它将具有特定含义的不同二进制辨别出来,并转换成控制信号.
 
译码器可分为两种类型，一种是将一系列代码转换成与之一一对应的有效信号。这种译码器可称为唯一地址译码器，它常用于计算机中对存储器单元地址的译码，即将每一个地址代码转换成一个有效信号，从而选中对应的单元。另一种是将一种代码转换为另一种代码，所以也称为代码变换器。
 
 
A.a 二进制译码器
 

 任意时刻只有一个输出信号是有效的。
 
 $V_{CC}$为芯片的工作电源，通常为+5V,$A_2,A_1，A_0$为三个输入信号，通常高电平输入为3V，低电平输入为0V。
 
 低电平0经过非门得到3
 $Y_6$输出信号为3.7V,输入的3+电源在二极管的0.7
 
 
 
 
 
 
 
 
A.b 二-十进制译码器
 

 
 
 
 
A.c 显示译码器
 

 二极管共阳极：八段共阳二极管
 二极管共阴极：八段共阴二极管
 箭头：发光二极管
 
 
 
 
 

 
 
1010到1111为约束项
 

 
 
 

 
 
 
 

 增加红色部分是为了提升$Y_a到Y_g$的输出电流，驱动数码管中的发光二极管。
 
 
A.d MSI译码器应用示例
 

 
 
 

 
 
 
 
 
 
图片来源：《数字电子技术基础》 国防科技大学
 
 
ps:非门前加一圈表示低电平有效。

 
目录
 
1、二进制译码器
2、二-十进制译码器
3、显示译码器
4、数据选择器
 


 译码器：将输入的二进制代码译成对应的高低电平信号或者其它代码。是编码的反操作，通常编码和译码是相依的。
 
在嵌入式中，译码器的一个功能是节约IO口，可以用很少的IO来输出更多的状态。
 
常用的译码器有 二进制译码器、二-十进制译码器和显示译码器三类。
 
1、二进制译码器
 
二进制译码器的输入是一组二进制代码，输出是一组与输入对应的高低电平。
 二进制译码器一般对应普通编码器
 
二进制译码器中，最广为人知的就是3—8译码器了，和8—3编码器对应。
 下面举一个经典3-8译码器74HC138
 
 从表中可以看出，74HC138和优先编码器74HC148有共通之处，也有控制信号，S1,S2’和S3’。
 只有当S1= 1，S2’ + S3’ = 0时，译码器才正常工作。否则译码器锁住，输出全为高电平。
 
2、二-十进制译码器
 
二-十进制译码器的功能是将输入的十进制BCD码译成10个高低电平输出信号。
 
BCD码是用四位二进制来描述10进制，即从二进制0000到1001对应十进制数0到9，从1010开始就算是BCD伪码。
 下面列出经典二-十进制译码器74HC42的真值表
 
 
 可以看到，0000到1001被翻译成只有一位低电平的高低电平序列。
 该译码器也有default功能，所有输入的伪码都翻译成1111111111，没有任何一个低电平，这时候接收到1111111111的主机就可以知道输入的BCD码错误，从而定位错误来源。
 
3、显示译码器
 
显示译码器常用于7段（或者8段，8段有小数点）字符显示器，也就是所说的数码管。
 
半导体数码管的每段都是一个二极管，数码管分为共阴极和共阳极。
 
 
上图可知
 左图为共阳极，即所有二极管的正极都接到VCC上，当abcdefg和dp为低电平时，二极管点亮。
 
右图为共阴极，即所有二极管的负极都接到GND上，当abcdefg和dp为高电平时，二极管点亮。
 
其实，这两种都可以，但是，一般来说，如果不考虑功耗的话，我们选用共阳极。
 因为共阴极的二极管想要点亮，需要IO输出高电平，但是在很多芯片的输出端电压普遍不高（为了降低芯片功耗），二极管的驱动电压较低，显示不够亮。
 而共阳极数码管，因为阳极接VCC（5V或者3.3V），驱动能力大，显示更亮。
 
显示译码器有多种型号，下面就列出BCD-7段显示译码器的真值表
 
 在这个表中，10到15显示的乱码，但是在大多数数码管设计中，10到15显示输出都会设置为A到F，具体显示什么，可以自己决定。
 
4、数据选择器
 
数据选择器的作用是：当外部输入多个信号时，我们从中选出某一个。
 
下面以最小的2选1多路选择器来介绍。
 
 如图，有a、b两个输入，一个选择输入s，一个输出。
 假设当s = 1时，选择a输出；s = 0时，选择b输出。
 则 y的表达式为 y = s * a + s’ * b （*表示与，+表示或）
 
Verilog代码
 
y = (s && a ) || ( (!s) && b)
 
可以用多个2选1多路选择器扩展为4选1，8选1等，写出真值表就可以得到了。

摘要：前面讲完了编码器，其实不知不觉地，也顺便把译码器也讲了，毕竟，二者是一个相反操作的过程，类似于加减，前进与后退，调制与解调，FFT 和 IFFT 等等。　
 
译码器的逻辑功能就是将每一个输入的二进制代码转为对应的多输出高、低电平信号或另外一个代码，是编码器的逆运算，译码器又可以分为变量译码和显示译码：
 
　　变量译码器一般是一种较少输入变为较多输出的器件，常见的有 N 线 - 2^N 线译码和 8421BCD 码译码两类；
 
　　显示译码器用来将二进制数转换成对应的七段码，一般其可分为驱动 LED 和驱动 LCD 两类。
 
译码器
 
　　下面是变量译码器的 Verilog 代码实现：
 
module Decoders(
    input wire [2:0] b, // 输入信号_未译码
    output reg [7:0] d // 输出信号_已译码
    );

    reg d = 8'b0000_0000;

    always @ ( b ) begin
        case ( b )
            3'b000 : d <= 8'b0000_0001;
            3'b001 : d <= 8'b0000_0010;
            3'b010 : d <= 8'b0000_0100;
            3'b100 : d <= 8'b0001_0000;
            3'b101 : d <= 8'b0010_0000;
            3'b110 : d <= 8'b0100_0000;
            3'b111 : d <= 8'b1000_0000;
            default: d <= 8'b0000_0000;
        endcase
    end

endmodule
 
 　　这是一个 3 线 − 8 线变量译码器，基于查找表 LUT（Look Up Table）的方式实现的一个电路，其 RTL 电路图如下所示：
 
 
这里的译码器，其实就只是基于 LUT 的译码器，是最简单的，并没有经过复杂的运算操作，其思想只是简单地输入地址，然后输入地址所在的数据即可。
 
译码是编码的逆过程，在编码时，每一种二进制代码，都赋予了特定的含义，即都表示了一个确定的信号或者对象；把代码状态的特定含义 “翻译” 出来的过程叫做译码，实现译码操作的电路称为译码器；或者说，译码器是可以将输入二进制代码的状态翻译成输出信号，以表示其原来含义的电路。