编码译码显示实验电路的结构、设计及仿真研究

引 言

在日常数字逻辑电路实验中编码译码显示实验电路是编码、译码、显示三个电路的综合运用， 在数字逻辑实验电路中具有重要的地位， 在实验的过程中， 时常会出现显示结果的抖动， 经研究出现这种现象主要原因是：编码电路的编码信号输入采用手工拨盘方式， 产生的编码输入信号往往不稳定； 另外， 电路控制性能较差，不能达到自动复位， 为此有必要对现有电路进行改进，在电路的设计上采用89C51 单片机为控制电路制作而成， 自动提供稳定编码输入信号， 显示结果稳定性和电路控制性能大大提升， 提高了教学实验质量。

1 编码译码显示实验电路的基本结构

编码译码显示电路的基本结构如图1 所示， 主要由控制电路、编码信号发生器、编码译码显示电路等组成，控制电路产生编码信号作为编码译码显示电路输入信号， 译码电路将编码信号转换成对应的七段数码显示信号， 送至LED 数码管显示。

图1 编码译码显示实验结构图。

2 系统硬件设计

控制系统和编码信号发生器采用89C51 单片机实现。89C51 性价比较高， 采用12 MHz 晶振， 其内部带有4 KB 的FLASH ROM， 无须外扩程序存储器。编码译码电路没有大量运算和暂存数据。89C51 内部的128 B片内RAM 已能满足要求， 无须外扩片外RAM。

系统硬件设计如图2 所示。

图2 编码译码显示实验电路。

2. 1 编码信号发生器电路

编码信号由89C51 内部编程控制， 键盘输入 0~ 8从P0. 0~ P0. 7 口送给编码器74LS147， 9 从P2. 0 口送给编码器， 具体编码见表1。

表1 编码信号表

2. 2 键盘设计

键盘采用4×3 阵列结构设计， P1. 0~ P1. 3 为键盘扫描高4 位， P1. 4~ P1. 6 为低4 位。设计有 0 ~ 9 、Rst( 复位) 、S er( 顺序) 。列线通过电阻接正电源， 并将行线所接的单片机的I/ O 口作为输出端， 而列线所接的I/ O 口则作为输入。当按键没有按下时， 所有的输出端都是高电平， 代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下， 则输入线就会被拉低， 这样， 通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下。

2. 3 编码译码显示电路

编码译码显示电路主要由编码器( 74LS147) 、六反相器( 74AC04) 、译码器( 74LS247) 、七段LED 数码管组成。编码器74LS147 的1~ 5 脚， 10~ 13 脚为编码输入端， 低电平有效， 实验时可用接地作为低电平输入；14， 6， 7， 9 脚为编码输出( 反码) ； 16， 8 脚为电源正负极。

译码器74LS247 的6， 2， 1， 7 脚为译码输入( 高电平有效) ； 9~ 15 为译码输出； 8， 16 脚为电源正负极。六反相器( 74AC04) 主要是解决编码器74HC147 和译码器74LS247 信号匹配问题， 共有6 组输入与输出， 只取其中4 组。七段LED 数码管主要是显示译码器输出状态。

电路主要原理是在74LS147 输入011111111~ 111111110， 编码后得到4 位反码， 经74AC04 反相后送到74LS247， 由74LS247 驱动LED数码管， 正确时能显示0~ 9。

3 系统软件设计

软件设计由初始化、键盘扫描、编码程序三部分组成。开始进行初始化， P0、P2 口按复位状态附值输出，LED 无显示。然后4 ! 3 阵列式键盘开始进行扫描， 当判断有键按下时， 延时去键抖动， 判断是否务抖动， 当确定判断是有键按下时， 等待闭合键释放， 保存键值。根据键值调用编码程序， 将表1 对应的编码送到P0， P2口输出， 主程序流程图如图3 所示。

图3 主程序流程图。

当按Ser( 顺序序列) 键时， 依次按1~ 9 编码值送至P0， P2 口， 间隔0. 5 s 输出。Ser 编码编码子程序如下:

4 系统仿真与调试

Proteus 是一个基于Pro Spice 混合模型仿真器的，完整的嵌入式系统软、硬件设计仿真平台。编码译码显示电路能很方便地在此平台上进行调试和仿真， 延时时间同选用的单片机和所用晶体振荡器有关， 在调试时须注意。

5 结 语

提出了一款编码译码显示实验电路设计， 其控制系统和编码信号发生器采用89C51 单片机实现， 经Proteus 仿真和实验调试结果来看， 大大改善了电路的性能， 电路制作方便、操作简单， 在数字逻辑电路实验教学中具有一定的推广价值， 电路主要不足是不能实现故障自动检查， 如果能对电路故障进行自动检测， 电路性能将更加完善。