數(shù)字編碼器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱向軍

（江蘇旅游職業(yè)學(xué)院（信息電子系)，江蘇 揚(yáng)州225000）

在日常生活中經(jīng)常會(huì)看到數(shù)字的顯示信息, 在電子產(chǎn)品中尤為突出,尤其是有顯示器的電路,為此筆者對(duì)此信息作了分析研究。

1 編碼器的概念

以實(shí)際例子為例說明：

在我們的小區(qū)里有一幢10 層高的大樓,現(xiàn)在在進(jìn)大門的小區(qū)是物業(yè)樓, 要求在物業(yè)的一層樓里能看到每一層樓里發(fā)生的火災(zāi)情況,這就需要在每個(gè)樓層安裝了一個(gè)火警報(bào)警器,如有火警,希望在物業(yè)的管理中心的數(shù)碼顯示屏上直接能顯示出火警的樓層數(shù),假設(shè)不會(huì)在兩層上同時(shí)出現(xiàn)火警, 這就需要用編碼器顯示數(shù)字出來,需設(shè)置譯碼顯示電路,用8421BCD碼顯示出來,現(xiàn)在在每一層有一個(gè)感應(yīng)器,也就相當(dāng)于有10 個(gè)輸入端,感應(yīng)器不能直接與譯碼器相連,必須在兩者之間加上一個(gè)轉(zhuǎn)換電路,否則顯示不出數(shù)據(jù),就是說要把他翻譯出來即是數(shù)電中講過的編碼器。那么什么是編碼器?所謂編碼就是將具有特定意義的信息(如數(shù)字、文字、符號(hào)等)用二進(jìn)制代碼來表示的過程。能實(shí)現(xiàn)編碼功能的電路,稱為編碼器。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 電路硬件設(shè)計(jì)。因?yàn)橛?0 層,所以有10 個(gè)感應(yīng)器,而且同一時(shí)刻只能僅有一個(gè)感應(yīng)器有效,故有10 種輸入狀態(tài),可以用4 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)來描述其狀態(tài),假設(shè)輸入用D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9 可以將其狀態(tài)用真值表表示。因?yàn)榫幋a器的邏輯功能它在每一時(shí)刻僅一個(gè)輸入有效, 如果同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上輸入有效,它僅對(duì)優(yōu)先級(jí)高的輸入進(jìn)行編碼,不理睬級(jí)別低的信號(hào),或者說級(jí)別低的信號(hào)不起作用。例如：當(dāng)D6D7 同時(shí)有效時(shí),編碼器輸入僅對(duì)優(yōu)先級(jí)別高的D7 進(jìn)行編碼,而D6 就被忽略掉了,我們把這種電路叫優(yōu)先編碼器, 優(yōu)先編碼器是一用途非常廣泛的組合電路,在機(jī)器人、在電機(jī)反饋系統(tǒng)還有計(jì)算機(jī)的優(yōu)先中斷系統(tǒng)中都被采用。因?yàn)槭?0 層樓,下面我們以10 線-4 線優(yōu)先編碼器為例研究。圖1為BCD 碼編碼器和七段譯碼測(cè)試電路的示意圖。電路用8421BCD 編碼器CC40147 和七段譯碼器HEF4511BP(CC4511)及數(shù)碼管BS201 組成一個(gè)1 位十進(jìn)制數(shù)的0-9 數(shù)碼顯示電路。硬件設(shè)計(jì)如圖1 所示,圖2 是火警框圖,圖3 是真值表。CC40147 可將最高優(yōu)先輸入D9-D0 編碼為4 位二進(jìn)制碼,10 個(gè)輸入端D9——D0具有指定優(yōu)先權(quán),D9 為最高優(yōu)先權(quán),D0 為最低。

圖1

圖2(10 層大樓火警顯示工作框圖)

圖3

2.2 硬件操作

按圖3 連接電路。在連接過程中一定要注意芯片的管腳問題,在授課過程經(jīng)常會(huì)遇到有的學(xué)生把管腳看錯(cuò),導(dǎo)致芯片燒毀的情況發(fā)生。

2.2.1 將CC40147 和HEF4511BP 插入數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱,按圖三連接,將其各輸入端接實(shí)驗(yàn)箱上的邏輯開關(guān)。注意輸出指示用發(fā)光二極管負(fù)極接地,當(dāng)輸出為1 時(shí)發(fā)光,當(dāng)輸出為0 時(shí)不發(fā)光。

2.2.2 接通電源,撥動(dòng)邏輯電平開關(guān),使輸入端接高電平或低電平,輸入編碼信號(hào),觀察輸出端的顯示輸出狀態(tài)。驗(yàn)證編碼器的輸出功能,并記錄顯示字型記錄,如圖4 所示。

圖4

(3)按圖四加高低電平,顯示譯碼器測(cè)試。

(4)安全文明操作,無人損壞儀器,元件和設(shè)備。

數(shù)電設(shè)計(jì)方法很多, 只要我們平時(shí)不斷研究、嘗試一定會(huì)成功的。

3 利用仿真Multisim12.0 來實(shí)現(xiàn)些功能

熟悉Multisim12.0 仿真軟件的基本操作,如果在前面的硬件測(cè)試不具備條件的情況下可以對(duì)此電路進(jìn)行模擬仿真, 相當(dāng)于在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行電路的實(shí)驗(yàn),所以學(xué)會(huì)正確仿真尤為重要。打開Multisim12.0l 軟件,從圖庫(kù)里找到相應(yīng)的元器件,連成如圖5 所示的電路,最后進(jìn)行仿真、調(diào)試,當(dāng)顯示6 時(shí),物管中心就知道是6層發(fā)生火災(zāi),所以此電路設(shè)計(jì)在生活中很方便使用。

注意事項(xiàng)：

(1)譯碼器測(cè)試時(shí)要注意高低電平的含義,如果高低電平輸入錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致數(shù)碼管字型有誤。

(2)CC4511 七段譯碼器, 因?yàn)閳D庫(kù)里沒有, 所以用HEF4511BP 代替,功能是一樣的。顯示數(shù)碼管有共陰極與共陽極的區(qū)分, 注意這兩種顯示數(shù)碼管與顯示譯碼器輸出端高低調(diào)電平的配合問題, 另外一定要加限流電阻, 防止電流過大燒毀管子。

圖5

結(jié)束語

數(shù)電的設(shè)計(jì)有好多方法,在生活中我們不斷觀察,不斷創(chuàng)新,不斷學(xué)習(xí),一定會(huì)設(shè)計(jì)出讓人滿意的電路。如果在硬件不能嘗試的情況下,完全可有仿真來實(shí)現(xiàn),這樣效率也會(huì)相應(yīng)提高。