編碼譯碼顯示實(shí)驗(yàn)電路的結(jié)構(gòu)、設(shè)計及仿真研究

引 言

在日常數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)中編碼譯碼顯示實(shí)驗(yàn)電路是編碼、譯碼、顯示三個電路的綜合運(yùn)用， 在數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)電路中具有重要的地位， 在實(shí)驗(yàn)的過程中， 時常會出現(xiàn)顯示結(jié)果的抖動， 經(jīng)研究出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要原因是：編碼電路的編碼信號輸入采用手工撥盤方式， 產(chǎn)生的編碼輸入信號往往不穩(wěn)定； 另外， 電路控制性能較差，不能達(dá)到自動復(fù)位， 為此有必要對現(xiàn)有電路進(jìn)行改進(jìn)，在電路的設(shè)計上采用89C51 單片機(jī)為控制電路制作而成， 自動提供穩(wěn)定編碼輸入信號， 顯示結(jié)果穩(wěn)定性和電路控制性能大大提升， 提高了教學(xué)實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。

1 編碼譯碼顯示實(shí)驗(yàn)電路的基本結(jié)構(gòu)

編碼譯碼顯示電路的基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示， 主要由控制電路、編碼信號發(fā)生器、編碼譯碼顯示電路等組成，控制電路產(chǎn)生編碼信號作為編碼譯碼顯示電路輸入信號， 譯碼電路將編碼信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的七段數(shù)碼顯示信號， 送至LED 數(shù)碼管顯示。

圖1 編碼譯碼顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)和編碼信號發(fā)生器采用89C51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。89C51 性價比較高， 采用12 MHz 晶振， 其內(nèi)部帶有4 KB 的FLASH ROM， 無須外擴(kuò)程序存儲器。編碼譯碼電路沒有大量運(yùn)算和暫存數(shù)據(jù)。89C51 內(nèi)部的128 B片內(nèi)RAM 已能滿足要求， 無須外擴(kuò)片外RAM。

系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖2 所示。

圖2 編碼譯碼顯示實(shí)驗(yàn)電路。

2. 1 編碼信號發(fā)生器電路

編碼信號由89C51 內(nèi)部編程控制， 鍵盤輸入 0~ 8從P0. 0~ P0. 7 口送給編碼器74LS147， 9 從P2. 0 口送給編碼器， 具體編碼見表1。

表1 編碼信號表

2. 2 鍵盤設(shè)計

鍵盤采用4×3 陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計， P1. 0~ P1. 3 為鍵盤掃描高4 位， P1. 4~ P1. 6 為低4 位。設(shè)計有 0 ~ 9 、Rst( 復(fù)位) 、S er( 順序) 。列線通過電阻接正電源， 并將行線所接的單片機(jī)的I/ O 口作為輸出端， 而列線所接的I/ O 口則作為輸入。當(dāng)按鍵沒有按下時， 所有的輸出端都是高電平， 代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下， 則輸入線就會被拉低， 這樣， 通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下。

2. 3 編碼譯碼顯示電路

編碼譯碼顯示電路主要由編碼器( 74LS147) 、六反相器( 74AC04) 、譯碼器( 74LS247) 、七段LED 數(shù)碼管組成。編碼器74LS147 的1~ 5 腳， 10~ 13 腳為編碼輸入端， 低電平有效， 實(shí)驗(yàn)時可用接地作為低電平輸入；14， 6， 7， 9 腳為編碼輸出( 反碼) ； 16， 8 腳為電源正負(fù)極。

譯碼器74LS247 的6， 2， 1， 7 腳為譯碼輸入( 高電平有效) ； 9~ 15 為譯碼輸出； 8， 16 腳為電源正負(fù)極。六反相器( 74AC04) 主要是解決編碼器74HC147 和譯碼器74LS247 信號匹配問題， 共有6 組輸入與輸出， 只取其中4 組。七段LED 數(shù)碼管主要是顯示譯碼器輸出狀態(tài)。

電路主要原理是在74LS147 輸入011111111~ 111111110， 編碼后得到4 位反碼， 經(jīng)74AC04 反相后送到74LS247， 由74LS247 驅(qū)動LED數(shù)碼管， 正確時能顯示0~ 9。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計由初始化、鍵盤掃描、編碼程序三部分組成。開始進(jìn)行初始化， P0、P2 口按復(fù)位狀態(tài)附值輸出，LED 無顯示。然后4 ! 3 陣列式鍵盤開始進(jìn)行掃描， 當(dāng)判斷有鍵按下時， 延時去鍵抖動， 判斷是否務(wù)抖動， 當(dāng)確定判斷是有鍵按下時， 等待閉合鍵釋放， 保存鍵值。根據(jù)鍵值調(diào)用編碼程序， 將表1 對應(yīng)的編碼送到P0， P2口輸出， 主程序流程圖如圖3 所示。

圖3 主程序流程圖。

當(dāng)按Ser( 順序序列) 鍵時， 依次按1~ 9 編碼值送至P0， P2 口， 間隔0. 5 s 輸出。Ser 編碼編碼子程序如下:

4 系統(tǒng)仿真與調(diào)試

Proteus 是一個基于Pro Spice 混合模型仿真器的，完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計仿真平臺。編碼譯碼顯示電路能很方便地在此平臺上進(jìn)行調(diào)試和仿真， 延時時間同選用的單片機(jī)和所用晶體振蕩器有關(guān)， 在調(diào)試時須注意。

5 結(jié) 語

提出了一款編碼譯碼顯示實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計， 其控制系統(tǒng)和編碼信號發(fā)生器采用89C51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)， 經(jīng)Proteus 仿真和實(shí)驗(yàn)調(diào)試結(jié)果來看， 大大改善了電路的性能， 電路制作方便、操作簡單， 在數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有一定的推廣價值， 電路主要不足是不能實(shí)現(xiàn)故障自動檢查， 如果能對電路故障進(jìn)行自動檢測， 電路性能將更加完善。