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如何准确设计出符合功能要求的显示译码器?

63 译码器 显示器 数字电子
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显示译码器是什么?
如何准确设计出符合功能要求的显示译码器?

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2021-6-1 06:58:12   评论 分享淘帖 邀请回答
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  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。
2021-6-1 11:15:37 评论

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