顯示譯碼器設(shè)計(jì)的步驟、技巧及案例分析
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)用越來越廣泛,但在組織開展科技創(chuàng)新和電子設(shè)計(jì)制作競賽活動(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數(shù),本文對(duì)此問題進(jìn)行了分析與研究。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/280543.htm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(jié)果的多少,即輸出結(jié)果的個(gè)數(shù)N與輸入變量的位數(shù)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(jù)顯示形式確定輸出變量
設(shè)計(jì)顯示譯碼器在確定了輸入變量后,就要根據(jù)功能要求設(shè)計(jì)輸出變量。究竟需要幾個(gè)輸出變量呢? 經(jīng)過反復(fù)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(shè)計(jì)一個(gè)顯示數(shù)字5,4,3,2,1,一個(gè)顯示字母E,L,H,F(xiàn)的顯示譯碼器,雖然兩個(gè)顯示結(jié)果的內(nèi)容和個(gè)數(shù)都不相同,但是如果兩種電路都選用七段數(shù)碼管,那么兩種譯碼電路輸出變量的個(gè)數(shù)都是7個(gè)。如果顯示字母E,L,H,F(xiàn)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(gè)。
可見顯示譯碼器輸出變量的個(gè)數(shù),只取決于所選顯示器的形式,至于是文字、符號(hào)、數(shù)碼,還是分段、重疊、點(diǎn)陣顯示器就是設(shè)計(jì)者要確定的,如果選分段顯示E,L,H,F(xiàn),那么譯碼器輸出變量的個(gè)數(shù)就是顯示器的分段數(shù),而與輸出顯示的內(nèi)容,以及顯示結(jié)果的多少無關(guān),如圖2,圖3所示。
圖2 五筆劃顯示器示意圖
圖3 七段數(shù)碼顯示器
3.3 根據(jù)顯示方式確定變量狀態(tài)
確定了設(shè)計(jì)顯示譯碼器的輸入、輸出變量,要準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出真值表,還必須明確每個(gè)變量的狀態(tài)和譯碼還原的對(duì)應(yīng)關(guān)系,這決定著設(shè)計(jì)的全過程。
對(duì)于輸入變量可以把n位二進(jìn)制代碼組合值按遞增或遞減的順序與輸出結(jié)果N一一對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì),如表1,表2所示。
如果輸入符合二進(jìn)制的特點(diǎn),只要將所有代碼組合與輸出確定出對(duì)應(yīng)關(guān)系即可,若不符合二進(jìn)制對(duì)應(yīng)關(guān)系,就要將多余的輸入組合進(jìn)行約束,確保功能的實(shí)現(xiàn)。如:設(shè)計(jì)顯示字母E,L,H,F(xiàn)的譯碼器,其輸入的兩位二進(jìn)制代碼有四種組合,分別是00,01,10,11,讓其與輸出顯示結(jié)果E,L,H,F(xiàn)一一順序(或逆序)對(duì)應(yīng)譯碼還原即可,如表1所示。而設(shè)計(jì)顯示數(shù)字5,4,3,2,1,輸入是三位二進(jìn)制代碼,其組合分別是000,001,010,011,100,101,110,111,而輸出結(jié)果顯示只用五個(gè)組合,究竟選用哪五個(gè)組合,則由設(shè)計(jì)者自行確定,是選用前五個(gè)還是后五個(gè),或選用二進(jìn)制代碼組合值與十進(jìn)制數(shù)值相一致的五個(gè)組合,如表2所示。
對(duì)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(shè)計(jì)輸出低電平有效,就應(yīng)該選用共陽極顯示器。
由此可見,對(duì)于輸入、輸出變量的狀態(tài)和譯碼還原的對(duì)應(yīng)關(guān)系,完全由設(shè)計(jì)者根據(jù)習(xí)慣和顯示器的工作方式而定,這就為設(shè)計(jì)者提供了靈活、自主、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制作的平臺(tái)及條件。
4 顯示譯碼器的設(shè)計(jì)案例
4.1 設(shè)計(jì)一個(gè)用五筆劃顯示器顯示字母E,L,H,F(xiàn)的顯示譯碼器
這是一個(gè)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(shè)計(jì)任務(wù)。按照設(shè)計(jì)步驟及上述分析,首先確定該設(shè)計(jì)電路有兩個(gè)輸入變量A,B,輸入四個(gè)組合與輸出四個(gè)顯示字母相對(duì)應(yīng),五個(gè)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(yīng)的真值表,如表1所示。然后利用卡諾圖化簡得出表達(dá)式。從真值表中可知,這個(gè)設(shè)計(jì)電路輸入采用的是正邏輯,輸出是負(fù)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(jù)表達(dá)式畫出邏輯圖,這與其他設(shè)計(jì)相同,就不再贅述。
圖4 Y4 的卡諾圖及表達(dá)式
4.2 設(shè)計(jì)一個(gè)用共陰極七段數(shù)碼管顯示數(shù)字5,4,3,2,1的顯示譯碼器
在這個(gè)設(shè)計(jì)中不僅限定了顯示器的形式是七段數(shù)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(shí),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(shè)定,這給設(shè)計(jì)者提供了極大的靈活性和創(chuàng)新性。
依據(jù)本文所述設(shè)計(jì)顯示譯碼器的技巧及其設(shè)定,這個(gè)顯示譯碼器有三個(gè)輸入A,B,C,七個(gè)輸出Ya,Yb,Yc,Yd,Ye,Yf,Yg,其真值表如表2所示,表中多余項(xiàng)輸出不顯示,或把它們作為功能擴(kuò)展控制端(讀者自行研究)。隨后卡諾圖化簡要注意約束項(xiàng)的處理,畫邏輯圖也不再贅述。
特別強(qiáng)調(diào),當(dāng)顯示譯碼器設(shè)計(jì)完成,通過仿真確認(rèn)能夠?qū)崿F(xiàn)其功能要求,與顯示器實(shí)際連接時(shí),一定要根據(jù)顯示器的種類、功率等技術(shù)指標(biāo)選擇合適的驅(qū)動(dòng)器作為橋梁和紐帶,來確保顯示器正常工作。
5 結(jié)語
顯示譯碼器在數(shù)字電子技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛,準(zhǔn)確并靈活掌握其設(shè)計(jì)方法,為綜合運(yùn)用EDA技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、嵌入式技術(shù),開發(fā)新的電子產(chǎn)品奠定了扎實(shí)的理論基礎(chǔ),為培養(yǎng)提升創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力提供了有效的參考和鋪墊。
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