如何准确设计出符合功能要求的显示译码器？

　　显示译码器是数字电子技术组合逻辑电路中一个很重要的器件，在数字电子技术应用中不可缺少，特别是在信息技术数字化的今天，其应用越来越广泛，但在组织开展科技创新和电子设计制作竞赛活动中，学生在设计制作抢答器、记分器、记时器等电子产品时，总是对如何准确设计出符合功能要求的显示译码器胸中无数，本文对此问题进行了分析与研究。
　　从上述分析得出，显示译码器输入变量的多少，取决于输出结果的多少，即输出结果的个数N与输入变量的位数n之间满足N=2n或2n-1
　　表1 输入、输出真值表（ 一）
　　
　　表2 输入、输出真值表（ 二）
　　
　　3.2 根据显示形式确定输出变量
　　设计显示译码器在确定了输入变量后，就要根据功能要求设计输出变量。究竟需要几个输出变量呢？ 经过反复研究得出其输出变量是由所选择显示器的种类来确定。比如要设计一个显示数字5，4，3，2，1，一个显示字母E，L，H，F的显示译码器，虽然两个显示结果的内容和个数都不相同，但是如果两种电路都选用七段数码管，那么两种译码电路输出变量的个数都是7个。如果显示字母E，L，H，F的电路，选择五笔划的显示器，那么它的输出变量就只有5个。
　　可见显示译码器输出变量的个数，只取决于所选显示器的形式，至于是文字、符号、数码，还是分段、重叠、点阵显示器就是设计者要确定的，如果选分段显示E，L，H，F，那么译码器输出变量的个数就是显示器的分段数，而与输出显示的内容，以及显示结果的多少无关，如图2，图3所示。
　　
　　图2 五笔划显示器示意图
　　
　　图3 七段数码显示器
　　3.3 根据显示方式确定变量状态
　　确定了设计显示译码器的输入、输出变量，要准确地设计出真值表，还必须明确每个变量的状态和译码还原的对应关系，这决定着设计的全过程。
　　对于输入变量可以把n位二进制代码组合值按递增或递减的顺序与输出结果N一一对应设计，如表1，表2所示。
　　如果输入符合二进制的特点，只要将所有代码组合与输出确定出对应关系即可，若不符合二进制对应关系，就要将多余的输入组合进行约束，确保功能的实现。如：设计显示字母E，L，H，F的译码器，其输入的两位二进制代码有四种组合，分别是00，01，10，11，让其与输出显示结果E，L，H，F一一顺序（或逆序）对应译码还原即可，如表1所示。而设计显示数字5，4，3，2，1，输入是三位二进制代码，其组合分别是000，001，010，011，100，101，110，111，而输出结果显示只用五个组合，究竟选用哪五个组合，则由设计者自行确定，是选用前五个还是后五个，或选用二进制代码组合值与十进制数值相一致的五个组合，如表2所示。
　　对于输出变量是高电平还是低电平有效，主要取决于采用的显示器是共阴极还是共阳极。如果输出选用共阴极显示器，输出就是高电平有效;如果设计输出低电平有效，就应该选用共阳极显示器。
　　由此可见，对于输入、输出变量的状态和译码还原的对应关系，完全由设计者根据习惯和显示器的工作方式而定，这就为设计者提供了灵活、自主、创新设计和制作的平台及条件。
　　4 显示译码器的设计案例
　　4.1 设计一个用五笔划显示器显示字母E，L，H，F的显示译码器
　　这是一个指定了显示形式（五笔划如图2所示），并未限定其工作方式是共阴极还是共阳极的设计任务。按照设计步骤及上述分析，首先确定该设计电路有两个输入变量A，B，输入四个组合与输出四个显示字母相对应，五个输出变量，选共阳极显示器，故输出低电平有效。其次按功能要求列出相应的真值表，如表1所示。然后利用卡诺图化简得出表达式。从真值表中可知，这个设计电路输入采用的是正逻辑，输出是负逻辑，因此卡诺图化简得到的输出是反变量，如图4所示，其余输出化简相同。最后根据表达式画出逻辑图，这与其他设计相同，就不再赘述。
　　
　　图4 Y4 的卡诺图及表达式
　　4.2 设计一个用共阴极七段数码管显示数字5，4，3，2，1的显示译码器
　　在这个设计中不仅限定了显示器的形式是七段数码显示管（如图3所示），而且显示器的工作方式是共阴极，即输出是高电平有效。同时，输入输出不满足2n=N，输入组合就有一些为多余，需要选择和设定，这给设计者提供了极大的灵活性和创新性。
　　依据本文所述设计显示译码器的技巧及其设定，这个显示译码器有三个输入A，B，C，七个输出Ya，Yb，Yc，Yd，Ye，Yf，Yg，其真值表如表2所示，表中多余项输出不显示，或把它们作为功能扩展控制端（读者自行研究）。随后卡诺图化简要注意约束项的处理，画逻辑图也不再赘述。
　　特别强调，当显示译码器设计完成，通过仿真确认能够实现其功能要求，与显示器实际连接时，一定要根据显示器的种类、功率等技术指标选择合适的驱动器作为桥梁和纽带，来确保显示器正常工作。
　　5 结语
　　显示译码器在数字电子技术领域应用越来越广泛，准确并灵活掌握其设计方法，为综合运用EDA技术、单片机技术、嵌入式技术，开发新的电子产品奠定了扎实的理论基础，为培养提升创新设计能力提供了有效的参考和铺垫。