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顯示譯碼器設計的步驟、技巧及案例分析

發布時間:2015-10-26 16:21    發布者:designapp
關鍵詞: 顯示譯碼器
  顯示譯碼器是數字電子技術組合邏輯電路中一個很重要的器件,在數字電子技術應用中不可缺少,特別是在信息技術數字化的今天,其應用越來越廣泛,但在組織開展科技創新和電子設計制作競賽活動中,學生在設計制作搶答器、記分器、記時器等電子產品時,總是對如何準確設計出符合功能要求的顯示譯碼器胸中無數,本文對此問題進行了分析與研究。
  從上述分析得出,顯示譯碼器輸入變量的多少,取決于輸出結果的多少,即輸出結果的個數N與輸入變量的位數n之間滿足N=2n或2n-1
  表1 輸入、輸出真值表( 一)
  


  表2 輸入、輸出真值表( 二)
  


  3.2 根據顯示形式確定輸出變量
  設計顯示譯碼器在確定了輸入變量后,就要根據功能要求設計輸出變量。究竟需要幾個輸出變量呢? 經過反復研究得出其輸出變量是由所選擇顯示器的種類來確定。比如要設計一個顯示數字5,4,3,2,1,一個顯示字母E,L,H,F的顯示譯碼器,雖然兩個顯示結果的內容和個數都不相同,但是如果兩種電路都選用七段數碼管,那么兩種譯碼電路輸出變量的個數都是7個。如果顯示字母E,L,H,F的電路,選擇五筆劃的顯示器,那么它的輸出變量就只有5個。
  可見顯示譯碼器輸出變量的個數,只取決于所選顯示器的形式,至于是文字、符號、數碼,還是分段、重疊、點陣顯示器就是設計者要確定的,如果選分段顯示E,L,H,F,那么譯碼器輸出變量的個數就是顯示器的分段數,而與輸出顯示的內容,以及顯示結果的多少無關,如圖2,圖3所示。
  


  圖2 五筆劃顯示器示意圖
  


  圖3 七段數碼顯示器
  3.3 根據顯示方式確定變量狀態
  確定了設計顯示譯碼器的輸入、輸出變量,要準確地設計出真值表,還必須明確每個變量的狀態和譯碼還原的對應關系,這決定著設計的全過程。
  對于輸入變量可以把n位二進制代碼組合值按遞增或遞減的順序與輸出結果N一一對應設計,如表1,表2所示。
  如果輸入符合二進制的特點,只要將所有代碼組合與輸出確定出對應關系即可,若不符合二進制對應關系,就要將多余的輸入組合進行約束,確保功能的實現。如:設計顯示字母E,L,H,F的譯碼器,其輸入的兩位二進制代碼有四種組合,分別是00,01,10,11,讓其與輸出顯示結果E,L,H,F一一順序(或逆序)對應譯碼還原即可,如表1所示。而設計顯示數字5,4,3,2,1,輸入是三位二進制代碼,其組合分別是000,001,010,011,100,101,110,111,而輸出結果顯示只用五個組合,究竟選用哪五個組合,則由設計者自行確定,是選用前五個還是后五個,或選用二進制代碼組合值與十進制數值相一致的五個組合,如表2所示。
  對于輸出變量是高電平還是低電平有效,主要取決于采用的顯示器是共陰極還是共陽極。如果輸出選用共陰極顯示器,輸出就是高電平有效;如果設計輸出低電平有效,就應該選用共陽極顯示器。
  由此可見,對于輸入、輸出變量的狀態和譯碼還原的對應關系,完全由設計者根據習慣和顯示器的工作方式而定,這就為設計者提供了靈活、自主、創新設計和制作的平臺及條件。
  4 顯示譯碼器的設計案例
  4.1 設計一個用五筆劃顯示器顯示字母E,L,H,F的顯示譯碼器
  這是一個指定了顯示形式(五筆劃如圖2所示),并未限定其工作方式是共陰極還是共陽極的設計任務。按照設計步驟及上述分析,首先確定該設計電路有兩個輸入變量A,B,輸入四個組合與輸出四個顯示字母相對應,五個輸出變量,選共陽極顯示器,故輸出低電平有效。其次按功能要求列出相應的真值表,如表1所示。然后利用卡諾圖化簡得出表達式。從真值表中可知,這個設計電路輸入采用的是正邏輯,輸出是負邏輯,因此卡諾圖化簡得到的輸出是反變量,如圖4所示,其余輸出化簡相同。最后根據表達式畫出邏輯圖,這與其他設計相同,就不再贅述。
  


  圖4 Y4 的卡諾圖及表達式
  4.2 設計一個用共陰極七段數碼管顯示數字5,4,3,2,1的顯示譯碼器
  在這個設計中不僅限定了顯示器的形式是七段數碼顯示管(如圖3所示),而且顯示器的工作方式是共陰極,即輸出是高電平有效。同時,輸入輸出不滿足2n=N,輸入組合就有一些為多余,需要選擇和設定,這給設計者提供了極大的靈活性和創新性。
  依據本文所述設計顯示譯碼器的技巧及其設定,這個顯示譯碼器有三個輸入A,B,C,七個輸出Ya,Yb,Yc,Yd,Ye,Yf,Yg,其真值表如表2所示,表中多余項輸出不顯示,或把它們作為功能擴展控制端(讀者自行研究)。隨后卡諾圖化簡要注意約束項的處理,畫邏輯圖也不再贅述。
  特別強調,當顯示譯碼器設計完成,通過仿真確認能夠實現其功能要求,與顯示器實際連接時,一定要根據顯示器的種類、功率等技術指標選擇合適的驅動器作為橋梁和紐帶,來確保顯示器正常工作。
  5 結語
  顯示譯碼器在數字電子技術領域應用越來越廣泛,準確并靈活掌握其設計方法,為綜合運用EDA技術、單片機技術、嵌入式技術,開發新的電子產品奠定了扎實的理論基礎,為培養提升創新設計能力提供了有效的參考和鋪墊。
                               
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