顯示譯碼器設計的步驟、技巧及案例分析

　　顯示譯碼器是數字電子技術(shù)組合邏輯電路中一個(gè)很重要的器件，在數字電子技術(shù)應用中不可缺少，特別是在信息技術(shù)數字化的今天，其應用越來(lái)越廣泛，但在組織開(kāi)展科技創(chuàng )新和電子設計制作競賽活動(dòng)中，學(xué)生在設計制作搶答器、記分器、記時(shí)器等電子產(chǎn)品時(shí)，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(wú)數，本文對此問(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，取決于輸出結果的多少，即輸出結果的個(gè)數N與輸入變量的位數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(gè)輸出變量呢? 經(jīng)過(guò)反復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。比如要設計一個(gè)顯示數字5，4，3，2，1，一個(gè)顯示字母E，L，H，F的顯示譯碼器，雖然兩個(gè)顯示結果的內容和個(gè)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(gè)數都是7個(gè)。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(gè)。

　　可見(jiàn)顯示譯碼器輸出變量的個(gè)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(diǎn)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(gè)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(wú)關(guān)，如圖2，圖3所示。

　　圖2 五筆劃顯示器示意圖

　　圖3 七段數碼顯示器

　　3.3 根據顯示方式確定變量狀態(tài)

　　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(gè)變量的狀態(tài)和譯碼還原的對應關(guān)系，這決定著(zhù)設計的全過(guò)程。

　　對于輸入變量可以把n位二進(jìn)制代碼組合值按遞增或遞減的順序與輸出結果N一一對應設計，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應關(guān)系即可，若不符合二進(jìn)制對應關(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。如：設計顯示字母E，L，H，F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(jìn)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(gè)組合，究竟選用哪五個(gè)組合，則由設計者自行確定，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)制數值相一致的五個(gè)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(yáng)極。如果輸出選用共陰極顯示器，輸出就是高電平有效;如果設計輸出低電平有效，就應該選用共陽(yáng)極顯示器。

　　由此可見(jiàn)，對于輸入、輸出變量的狀態(tài)和譯碼還原的對應關(guān)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(chuàng )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(gè)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(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)極的設計任務(wù)。按照設計步驟及上述分析，首先確定該設計電路有兩個(gè)輸入變量A，B，輸入四個(gè)組合與輸出四個(gè)顯示字母相對應，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的真值表，如表1所示。然后利用卡諾圖化簡(jiǎn)得出表達式。從真值表中可知，這個(gè)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(jiǎn)得到的輸出是反變量，如圖4所示，其余輸出化簡(jiǎn)相同。最后根據表達式畫(huà)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(gè)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(gè)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(shí)，輸入輸出不滿(mǎn)足2n=N，輸入組合就有一些為多余，需要選擇和設定，這給設計者提供了極大的靈活性和創(chuàng )新性。

　　依據本文所述設計顯示譯碼器的技巧及其設定，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(jiǎn)要注意約束項的處理，畫(huà)邏輯圖也不再贅述。

　　特別強調，當顯示譯碼器設計完成，通過(guò)仿真確認能夠實(shí)現其功能要求，與顯示器實(shí)際連接時(shí)，一定要根據顯示器的種類(lèi)、功率等技術(shù)指標選擇合適的驅動(dòng)器作為橋梁和紐帶，來(lái)確保顯示器正常工作。

　　5 結語(yǔ)

　　顯示譯碼器在數字電子技術(shù)領(lǐng)域應用越來(lái)越廣泛，準確并靈活掌握其設計方法，為綜合運用EDA技術(shù)、單片機技術(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，為培養提升創(chuàng )新設計能力提供了有效的參考和鋪墊。