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(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。

　　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(mǎn)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(guò)反復(fù)研究得出其輸出變量是由所選擇顯示器的種類(lèi)來(lái)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(jiàn)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(wú)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(guò)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(yáng)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(yáng)極顯示器。

　　由此可見(jiàn)，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(yáng)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(yáng)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(jiǎn)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(jiǎn)得到的輸出是反變量，如圖4所示，其余輸出化簡(jiǎn)相同。最后根據(jù)表達(dá)式畫(huà)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(mǎn)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(jiǎn)要注意約束項(xiàng)的處理，畫(huà)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(guò)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(lèi)、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(lái)確保顯示器正常工作。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　顯示譯碼器在數(shù)字電子技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)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(kāi)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。