數字編碼器的設計與實現

朱向軍

（江蘇旅游職業學院（信息電子系)，江蘇 揚州225000）

在日常生活中經常會看到數字的顯示信息, 在電子產品中尤為突出,尤其是有顯示器的電路,為此筆者對此信息作了分析研究。

1 編碼器的概念

以實際例子為例說明：

在我們的小區里有一幢10 層高的大樓,現在在進大門的小區是物業樓, 要求在物業的一層樓里能看到每一層樓里發生的火災情況,這就需要在每個樓層安裝了一個火警報警器,如有火警,希望在物業的管理中心的數碼顯示屏上直接能顯示出火警的樓層數,假設不會在兩層上同時出現火警, 這就需要用編碼器顯示數字出來,需設置譯碼顯示電路,用8421BCD碼顯示出來,現在在每一層有一個感應器,也就相當于有10 個輸入端,感應器不能直接與譯碼器相連,必須在兩者之間加上一個轉換電路,否則顯示不出數據,就是說要把他翻譯出來即是數電中講過的編碼器。那么什么是編碼器?所謂編碼就是將具有特定意義的信息(如數字、文字、符號等)用二進制代碼來表示的過程。能實現編碼功能的電路,稱為編碼器。

2 硬件電路設計

2.1 電路硬件設計。因為有10 層,所以有10 個感應器,而且同一時刻只能僅有一個感應器有效,故有10 種輸入狀態,可以用4 位二進制數據來描述其狀態,假設輸入用D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9 可以將其狀態用真值表表示。因為編碼器的邏輯功能它在每一時刻僅一個輸入有效, 如果同時有兩個或兩個以上輸入有效,它僅對優先級高的輸入進行編碼,不理睬級別低的信號,或者說級別低的信號不起作用。例如：當D6D7 同時有效時,編碼器輸入僅對優先級別高的D7 進行編碼,而D6 就被忽略掉了,我們把這種電路叫優先編碼器, 優先編碼器是一用途非常廣泛的組合電路,在機器人、在電機反饋系統還有計算機的優先中斷系統中都被采用。因為是10 層樓,下面我們以10 線-4 線優先編碼器為例研究。圖1為BCD 碼編碼器和七段譯碼測試電路的示意圖。電路用8421BCD 編碼器CC40147 和七段譯碼器HEF4511BP(CC4511)及數碼管BS201 組成一個1 位十進制數的0-9 數碼顯示電路。硬件設計如圖1 所示,圖2 是火警框圖,圖3 是真值表。CC40147 可將最高優先輸入D9-D0 編碼為4 位二進制碼,10 個輸入端D9——D0具有指定優先權,D9 為最高優先權,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,在授課過程經常會遇到有的學生把管腳看錯,導致芯片燒毀的情況發生。

2.2.1 將CC40147 和HEF4511BP 插入數字電路實驗箱,按圖三連接,將其各輸入端接實驗箱上的邏輯開關。注意輸出指示用發光二極管負極接地,當輸出為1 時發光,當輸出為0 時不發光。

2.2.2 接通電源,撥動邏輯電平開關,使輸入端接高電平或低電平,輸入編碼信號,觀察輸出端的顯示輸出狀態。驗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,顯示譯碼器測試。

(4)安全文明操作,無人損壞儀器,元件和設備。

數電設計方法很多, 只要我們平時不斷研究、嘗試一定會成功的。

3 利用仿真Multisim12.0 來實現些功能

熟悉Multisim12.0 仿真軟件的基本操作,如果在前面的硬件測試不具備條件的情況下可以對此電路進行模擬仿真, 相當于在計算機上進行電路的實驗,所以學會正確仿真尤為重要。打開Multisim12.0l 軟件,從圖庫里找到相應的元器件,連成如圖5 所示的電路,最后進行仿真、調試,當顯示6 時,物管中心就知道是6層發生火災,所以此電路設計在生活中很方便使用。

注意事項：

(1)譯碼器測試時要注意高低電平的含義,如果高低電平輸入錯誤會導致數碼管字型有誤。

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

圖5

結束語

數電的設計有好多方法,在生活中我們不斷觀察,不斷創新,不斷學習,一定會設計出讓人滿意的電路。如果在硬件不能嘗試的情況下,完全可有仿真來實現,這樣效率也會相應提高。