數(shù)字電路中顯示譯碼器設(shè)計的分析與研究

摘要：針對顯示譯碼器設(shè)計時，輸入、輸出變量難以確定的問題，提出了功能解析和變量關(guān)聯(lián)設(shè)計法。顯示譯碼器輸出經(jīng)驅(qū)動器使顯示器工作，輸出變量的多少和狀態(tài)取決于顯示器的種類，輸入變量的多少和狀態(tài)與輸出顯示結(jié)果有關(guān)。研究表明，顯示譯碼器輸入變量的位數(shù)，n與輸出顯示結(jié)果的個數(shù)N之間滿足2n=N或2n-1N≤2n，輸出變量的個數(shù)與顯示器的輸入相同，狀態(tài)相互對應(yīng)。
關(guān)鍵詞：譯碼器；驅(qū)動器；顯示器設(shè)計；輸入變量；輸出變量

顯示譯碼器是數(shù)字電子技術(shù)組合邏輯電路中一個很重要的器件，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)計制作競賽活動中，學生在設(shè)計制作搶答器、記分器、記時器等電子產(chǎn)品時，總是對如何準確設(shè)計出符合功能要求的顯示譯碼器胸中無數(shù)，本文對此問題進行了分析與研究。

1 顯示譯碼器的功能和種類
實現(xiàn)譯碼功能的邏輯電路就是譯碼器。譯碼是編碼的逆過程，數(shù)字化系統(tǒng)中，任何信息或數(shù)據(jù)，無論是文字、數(shù)字，還是符號或圖形，在監(jiān)測、控制、傳輸時都要轉(zhuǎn)換為二進制代碼，這就是編碼；而在監(jiān)測、控制、傳輸過程中或結(jié)束時，都要顯示相應(yīng)的信息處理結(jié)果，這就必須將二進制代碼還原為對應(yīng)的文字、數(shù)字、符號或圖形，這個過程就是譯碼。在數(shù)字電子技術(shù)中，譯碼器有兩種，即變量譯碼器和顯示譯碼器。
變量譯碼器分為二進制和非二進制兩種，二進制譯碼器就是輸入的二進制代碼的位數(shù)n與譯碼還原輸出信息的個數(shù)N之間為N=2n，非二進制譯碼器就是不能滿足此種關(guān)系的譯碼器。
顯示譯碼器其顯示的內(nèi)容有文字、數(shù)字、符號等，其顯示用的材料有熒光、液晶、LED等，其顯示的形式有分段式、重疊式、點陣式等，其工作方式有共陰極和共陽極等等。
無論是變量譯碼器還是顯示譯碼器都有一些常用的定型產(chǎn)品，如二進制的有三線-八線譯碼器，即輸入三位二進制代碼，輸出八個信息，滿足23=8。常用的集成芯片是74系列和54系列，最典型的芯片是74LS138，顯示譯碼器最典型的是非二進制的一種十進制數(shù)譯碼器，型號是74LS48。但是在實際應(yīng)用和創(chuàng)新設(shè)計中，這些產(chǎn)品不足以滿足不同功能的要求，必須設(shè)計新的顯示譯碼器，而在設(shè)計過程中問題最多的就是設(shè)計顯示譯碼器時，輸入、輸出變量的確定。

2 顯示譯碼器的設(shè)計步驟
顯示譯碼器是屬于數(shù)字電子技術(shù)中的組合邏輯電路，所以在設(shè)計時，同樣應(yīng)該遵循組合邏輯電路的設(shè)計方法，共有四個步驟：一是根據(jù)功能要求確定所設(shè)計電路輸入、輸出變量及其狀態(tài)的含義；二是根據(jù)功能的要求列出真值表；三是用卡諾圖化簡，得出輸入、輸出變量的邏輯表達式；四是根據(jù)邏輯表達式畫出邏輯圖。
從以往的教學實踐、技能競賽以及課余活動中發(fā)現(xiàn)，在組合邏輯電路設(shè)計的四個步驟中，對于每種類型電路設(shè)計難點是不一樣的。譬如，在設(shè)計輸入、輸出變量符合二進制關(guān)系的組合邏輯電路時，最關(guān)鍵的是第二步根據(jù)功能要求列出真值表；而在設(shè)計具有非二進制特征的組合邏輯電路時，重點是要把握住第三步具有約束項的卡諾圖化簡；當設(shè)計要求用指定元器件實現(xiàn)組合邏輯電路時，其設(shè)計難點是第四步，必須把化簡出的邏輯表達式按設(shè)計要求轉(zhuǎn)換為能用指定元器件實現(xiàn)的功能關(guān)系，再畫出邏輯圖；那么在設(shè)計顯示譯碼器時，最容易混淆和理不清的就是設(shè)計過程中的第一步。

3 顯示譯碼器的設(shè)計技巧
按照組合邏輯電路設(shè)計的方法，針對顯示譯碼器的特點，結(jié)合設(shè)計實踐中存在的突出問題，對顯示譯碼器設(shè)計過程中的第一步進行了分析與研究，得出了如何準確地確定所設(shè)計電路輸入、輸出變量的技巧和方法。

首先要了解顯示譯碼器在數(shù)字電路中的作用，確認其在顯示電路中的功能關(guān)系，如圖1所示，從圖中得知數(shù)字顯示電路是由顯示譯碼器、顯示驅(qū)動器和結(jié)果顯示器幾部分組成。顯示譯碼器就是將數(shù)字電路中經(jīng)過監(jiān)測、控制、傳輸后的二進制代碼，進行譯碼還原成相應(yīng)的文字、數(shù)字、符號等信息，并以不同的形式顯示出來；顯示驅(qū)動器是確保結(jié)果顯示器正常工作的電路，根據(jù)結(jié)果顯示器的材料、功率、電路的不同，采用限流電阻驅(qū)動、達林頓驅(qū)動、繼電器驅(qū)動等多種方式；顯示器顯示的內(nèi)容、方式等種類很多，最常見的定型產(chǎn)品是七段數(shù)碼顯示管。所以設(shè)計顯示譯碼器時要兼顧譯碼器、驅(qū)動器、顯示器三部分考慮。