數(shù)字電路中顯示譯碼器設(shè)計(jì)的分析與研究

摘要：針對(duì)顯示譯碼器設(shè)計(jì)時(shí)，輸入、輸出變量難以確定的問(wèn)題，提出了功能解析和變量關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)法。顯示譯碼器輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)器使顯示器工作，輸出變量的多少和狀態(tài)取決于顯示器的種類(lèi)，輸入變量的多少和狀態(tài)與輸出顯示結(jié)果有關(guān)。研究表明，顯示譯碼器輸入變量的位數(shù)，n與輸出顯示結(jié)果的個(gè)數(shù)N之間滿足2n=N或2n-1N≤2n，輸出變量的個(gè)數(shù)與顯示器的輸入相同，狀態(tài)相互對(duì)應(yīng)。
關(guān)鍵詞：譯碼器；驅(qū)動(dòng)器；顯示器設(shè)計(jì)；輸入變量；輸出變量

顯示譯碼器是數(shù)字電子技術(shù)組合邏輯電路中一個(gè)很重要的器件，在數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用中不可缺少，特別是在信息技術(shù)數(shù)字化的今天，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但在組織開(kāi)展科技創(chuàng)新和電子設(shè)計(jì)制作競(jìng)賽活動(dòng)中，學(xué)生在設(shè)計(jì)制作搶答器、記分器、記時(shí)器等電子產(chǎn)品時(shí)，總是對(duì)如何準(zhǔn)確設(shè)計(jì)出符合功能要求的顯示譯碼器胸中無(wú)數(shù)，本文對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了分析與研究。

1 顯示譯碼器的功能和種類(lèi)
實(shí)現(xiàn)譯碼功能的邏輯電路就是譯碼器。譯碼是編碼的逆過(guò)程，數(shù)字化系統(tǒng)中，任何信息或數(shù)據(jù)，無(wú)論是文字、數(shù)字，還是符號(hào)或圖形，在監(jiān)測(cè)、控制、傳輸時(shí)都要轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼，這就是編碼；而在監(jiān)測(cè)、控制、傳輸過(guò)程中或結(jié)束時(shí)，都要顯示相應(yīng)的信息處理結(jié)果，這就必須將二進(jìn)制代碼還原為對(duì)應(yīng)的文字、數(shù)字、符號(hào)或圖形，這個(gè)過(guò)程就是譯碼。在數(shù)字電子技術(shù)中，譯碼器有兩種，即變量譯碼器和顯示譯碼器。
變量譯碼器分為二進(jìn)制和非二進(jìn)制兩種，二進(jìn)制譯碼器就是輸入的二進(jìn)制代碼的位數(shù)n與譯碼還原輸出信息的個(gè)數(shù)N之間為N=2n，非二進(jìn)制譯碼器就是不能滿足此種關(guān)系的譯碼器。
顯示譯碼器其顯示的內(nèi)容有文字、數(shù)字、符號(hào)等，其顯示用的材料有熒光、液晶、LED等，其顯示的形式有分段式、重疊式、點(diǎn)陣式等，其工作方式有共陰極和共陽(yáng)極等等。
無(wú)論是變量譯碼器還是顯示譯碼器都有一些常用的定型產(chǎn)品，如二進(jìn)制的有三線-八線譯碼器，即輸入三位二進(jìn)制代碼，輸出八個(gè)信息，滿足23=8。常用的集成芯片是74系列和54系列，最典型的芯片是74LS138，顯示譯碼器最典型的是非二進(jìn)制的一種十進(jìn)制數(shù)譯碼器，型號(hào)是74LS48。但是在實(shí)際應(yīng)用和創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，這些產(chǎn)品不足以滿足不同功能的要求，必須設(shè)計(jì)新的顯示譯碼器，而在設(shè)計(jì)過(guò)程中問(wèn)題最多的就是設(shè)計(jì)顯示譯碼器時(shí)，輸入、輸出變量的確定。

2 顯示譯碼器的設(shè)計(jì)步驟
顯示譯碼器是屬于數(shù)字電子技術(shù)中的組合邏輯電路，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，同樣應(yīng)該遵循組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法，共有四個(gè)步驟：一是根據(jù)功能要求確定所設(shè)計(jì)電路輸入、輸出變量及其狀態(tài)的含義；二是根據(jù)功能的要求列出真值表；三是用卡諾圖化簡(jiǎn)，得出輸入、輸出變量的邏輯表達(dá)式；四是根據(jù)邏輯表達(dá)式畫(huà)出邏輯圖。
從以往的教學(xué)實(shí)踐、技能競(jìng)賽以及課余活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)，在組合邏輯電路設(shè)計(jì)的四個(gè)步驟中，對(duì)于每種類(lèi)型電路設(shè)計(jì)難點(diǎn)是不一樣的。譬如，在設(shè)計(jì)輸入、輸出變量符合二進(jìn)制關(guān)系的組合邏輯電路時(shí)，最關(guān)鍵的是第二步根據(jù)功能要求列出真值表；而在設(shè)計(jì)具有非二進(jìn)制特征的組合邏輯電路時(shí)，重點(diǎn)是要把握住第三步具有約束項(xiàng)的卡諾圖化簡(jiǎn)；當(dāng)設(shè)計(jì)要求用指定元器件實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路時(shí)，其設(shè)計(jì)難點(diǎn)是第四步，必須把化簡(jiǎn)出的邏輯表達(dá)式按設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)換為能用指定元器件實(shí)現(xiàn)的功能關(guān)系，再畫(huà)出邏輯圖；那么在設(shè)計(jì)顯示譯碼器時(shí)，最容易混淆和理不清的就是設(shè)計(jì)過(guò)程中的第一步。

3 顯示譯碼器的設(shè)計(jì)技巧
按照組合邏輯電路設(shè)計(jì)的方法，針對(duì)顯示譯碼器的特點(diǎn)，結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)踐中存在的突出問(wèn)題，對(duì)顯示譯碼器設(shè)計(jì)過(guò)程中的第一步進(jìn)行了分析與研究，得出了如何準(zhǔn)確地確定所設(shè)計(jì)電路輸入、輸出變量的技巧和方法。

首先要了解顯示譯碼器在數(shù)字電路中的作用，確認(rèn)其在顯示電路中的功能關(guān)系，如圖1所示，從圖中得知數(shù)字顯示電路是由顯示譯碼器、顯示驅(qū)動(dòng)器和結(jié)果顯示器幾部分組成。顯示譯碼器就是將數(shù)字電路中經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)、控制、傳輸后的二進(jìn)制代碼，進(jìn)行譯碼還原成相應(yīng)的文字、數(shù)字、符號(hào)等信息，并以不同的形式顯示出來(lái)；顯示驅(qū)動(dòng)器是確保結(jié)果顯示器正常工作的電路，根據(jù)結(jié)果顯示器的材料、功率、電路的不同，采用限流電阻驅(qū)動(dòng)、達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)、繼電器驅(qū)動(dòng)等多種方式；顯示器顯示的內(nèi)容、方式等種類(lèi)很多，最常見(jiàn)的定型產(chǎn)品是七段數(shù)碼顯示管。所以設(shè)計(jì)顯示譯碼器時(shí)要兼顧譯碼器、驅(qū)動(dòng)器、顯示器三部分考慮。