數字電路中顯示譯碼器設計的分析與研究

摘要：針對顯示譯碼器設計時，輸入、輸出變量難以確定的問題，提出了功能解析和變量關聯設計法。顯示譯碼器輸出經驅動器使顯示器工作，輸出變量的多少和狀態取決于顯示器的種類，輸入變量的多少和狀態與輸出顯示結果有關。研究表明，顯示譯碼器輸入變量的位數，n與輸出顯示結果的個數N之間滿足2n=N或2n-1N≤2n，輸出變量的個數與顯示器的輸入相同，狀態相互對應。
關鍵詞：譯碼器；驅動器；顯示器設計；輸入變量；輸出變量

顯示譯碼器是數字電子技術組合邏輯電路中一個很重要的器件，在數字電子技術應用中不可缺少，特別是在信息技術數字化的今天，其應用越來越廣泛，但在組織開展科技創新和電子設計制作競賽活動中，學生在設計制作搶答器、記分器、記時器等電子產品時，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數，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
實現譯碼功能的邏輯電路就是譯碼器。譯碼是編碼的逆過程，數字化系統中，任何信息或數據，無論是文字、數字，還是符號或圖形，在監測、控制、傳輸時都要轉換為二進制代碼，這就是編碼；而在監測、控制、傳輸過程中或結束時，都要顯示相應的信息處理結果，這就必須將二進制代碼還原為對應的文字、數字、符號或圖形，這個過程就是譯碼。在數字電子技術中，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n與譯碼還原輸出信息的個數N之間為N=2n，非二進制譯碼器就是不能滿足此種關系的譯碼器。
顯示譯碼器其顯示的內容有文字、數字、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譯碼器，型號是74LS48。但是在實際應用和創新設計中，這些產品不足以滿足不同功能的要求，必須設計新的顯示譯碼器，而在設計過程中問題最多的就是設計顯示譯碼器時，輸入、輸出變量的確定。

2 顯示譯碼器的設計步驟
顯示譯碼器是屬于數字電子技術中的組合邏輯電路，所以在設計時，同樣應該遵循組合邏輯電路的設計方法，共有四個步驟：一是根據功能要求確定所設計電路輸入、輸出變量及其狀態的含義；二是根據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現，在組合邏輯電路設計的四個步驟中，對于每種類型電路設計難點是不一樣的。譬如，在設計輸入、輸出變量符合二進制關系的組合邏輯電路時，最關鍵的是第二步根據功能要求列出真值表；而在設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；當設計要求用指定元器件實現組合邏輯電路時，其設計難點是第四步，必須把化簡出的邏輯表達式按設計要求轉換為能用指定元器件實現的功能關系，再畫出邏輯圖；那么在設計顯示譯碼器時，最容易混淆和理不清的就是設計過程中的第一步。

3 顯示譯碼器的設計技巧
按照組合邏輯電路設計的方法，針對顯示譯碼器的特點，結合設計實踐中存在的突出問題，對顯示譯碼器設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字電路中的作用，確認其在顯示電路中的功能關系，如圖1所示，從圖中得知數字顯示電路是由顯示譯碼器、顯示驅動器和結果顯示器幾部分組成。顯示譯碼器就是將數字電路中經過監測、控制、傳輸后的二進制代碼，進行譯碼還原成相應的文字、數字、符號等信息，并以不同的形式顯示出來；顯示驅動器是確保結果顯示器正常工作的電路，根據結果顯示器的材料、功率、電路的不同，采用限流電阻驅動、達林頓驅動、繼電器驅動等多種方式；顯示器顯示的內容、方式等種類很多，最常見的定型產品是七段數碼顯示管。所以設計顯示譯碼器時要兼顧譯碼器、驅動器、顯示器三部分考慮。