基于單片機(jī)的四位BCD編碼器電路設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間:2007/4/23 0:00:00 訪(fǎng)問(wèn)次數(shù):662
1 引言
BCD碼又稱(chēng)二/十進(jìn)制碼，即二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制碼，在設(shè)計(jì)、測(cè)試數(shù)字電路硬件過(guò)程或是面對(duì)帶有BCD碼接口的集成電路時(shí)，常常希望方便、快速地產(chǎn)生BCD碼來(lái)完成當(dāng)前的工作，檢驗(yàn)硬件電路的正確性，例如鎖相頻率合成集成電路MC145163P帶有4位BCD編碼接口，用于設(shè)置環(huán)路N分頻器，通過(guò)本文介紹而制作完成后的BCD發(fā)生器可以提供4位BCD編碼輸出，方便地控制每位BCD輸出，可以快速地得到BCD編碼而完成測(cè)試或輸出BCD編碼接到集成電路的BCD編碼接口，無(wú)需頻繁跳線(xiàn)。
另外，BCD編碼有8421碼、2421碼、余3碼等多種形式，本文以常見(jiàn)的8421碼為例介紹電路的實(shí)現(xiàn)和程序的編寫(xiě)。如果對(duì)程序略加修改則可以很方便地實(shí)現(xiàn)其他類(lèi)型的編碼方式（如2421碼）。本電路以AT89C2051為核心設(shè)計(jì)了4×4的矩陣鍵盤(pán)（S0-S15），這樣只需在鍵盤(pán)上按下相應(yīng)的按鍵（S0-S9）即可以產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)（十進(jìn)制0-9）的BCD碼，通過(guò)設(shè)置切換按鍵（S10-S13）可以隨意地控制4位中任意的一位，期間用數(shù)碼管實(shí)時(shí)地顯示當(dāng)前BCD碼對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。
電路功能和特點(diǎn)：
4位BCD編碼輸出，利用單片機(jī)口線(xiàn)可以擴(kuò)展位數(shù)。
改變軟件中鍵號(hào)0-鍵號(hào)9（即S0-S9對(duì)應(yīng)功能）的程序可以實(shí)現(xiàn)其他編碼形式（如2421碼）。參見(jiàn)軟件部分。
電路以常用的8421碼為例，并有數(shù)碼顯示出對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)（也可以省略）。
完整的4×4的矩陣鍵盤(pán)掃描執(zhí)行程序，可以移植到其他應(yīng)用電路中。
BCD編碼由鎖存器實(shí)現(xiàn)信號(hào)鎖存，并引出接口，方便連接其他電路。
“位”控制和0-9編碼輸出互不影響，直接按下功能鍵就可以得到需要的BCD編碼輸出和“位數(shù)”選擇。
2 電路框圖
電路原理圖如圖1所示。 3 電路分析
AT89C2051的P1口組成4×4矩陣鍵盤(pán)（S0-S15），其中P1.0-P1.3作為行線(xiàn)，P1.4-P1.7作為列線(xiàn)，設(shè)計(jì)鍵盤(pán)掃描程序可以達(dá)到預(yù)先設(shè)想的功能（見(jiàn)軟件設(shè)計(jì)部分）。按下S0-S9可以產(chǎn)生0-9十進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的BCD碼，S10-S13用作4位BCD碼的切換按鍵，S14、S15暫未使用，可以不安裝，P3.3-P3.0是BCD碼的數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)，從電路中可以看出，因?yàn)楣τ面I盤(pán)而實(shí)現(xiàn)4位BCD編碼輸出，顯然P3.3-P3.0作為數(shù)據(jù)總線(xiàn)而同時(shí)并接在4個(gè)D鎖存器（4042），通過(guò)S10-S13來(lái)切換，對(duì)于4個(gè)D鎖存器（U3-U6）每次只有一個(gè)有效而把P3.3-P3.0的數(shù)據(jù)“讀入”然后鎖存。實(shí)際上S10-S13控制P3.4和P3.5的狀態(tài)（P3.4和P3.5共有4種組合）并通過(guò)2-4線(xiàn)譯碼器（U2；74LS139）得到對(duì)應(yīng)的U3-U6的有效信號(hào)，表1是S10-S13控制所對(duì)應(yīng)的各芯片狀態(tài)，可見(jiàn)，U3-U6中任意一個(gè)（例如U3）處于有效狀態(tài)而“讀入”P(pán)3.3-P3.0數(shù)據(jù)時(shí)，其余的（U4/U5/U6）處于鎖存狀態(tài)，保留原來(lái)數(shù)據(jù)，因此使用者可以在任意一位中改變所希望的BCD碼輸出。 U2（74LS139）是2-4線(xiàn)譯碼器，功能見(jiàn)表1，他的輸入端B，A分別接至P3.4，P3.5，輸出端Y0-Y3取決于輸入端的組合，每種組合下只有一個(gè)輸出端（Y0-Y3）以低電平有效輸出。U3-U6是D鎖存器，主要是其中的5腳和6腳關(guān)系決定他們的工作狀態(tài)，查閱資料得知，當(dāng)5腳和6腳邏輯電位相同時(shí)，該芯片可以把D3-D0數(shù)據(jù)輸出到Q3-Q0；當(dāng)5腳和6腳邏輯電位不同時(shí)，該芯片處于鎖存原來(lái)數(shù)據(jù)的狀態(tài)，而不會(huì)“讀入”當(dāng)前的D3-D0數(shù)據(jù)，電路中把U3-U6的6腳固定接低電位，而5腳分別用U2（74LS139）的輸出信號(hào)來(lái)控制，不難實(shí)現(xiàn)“可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)對(duì)各位BCD碼的設(shè)置”。4511是譯碼驅(qū)動(dòng)，接共陰數(shù)碼管顯示當(dāng)前每位的BCD碼所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)，方便觀(guān)察，顯示部分很簡(jiǎn)單，此處不在贅述，同時(shí)，顯示部分在電路上不是必須的，可省略，BCD碼通過(guò)J3和J2引出，之所以用兩個(gè)鏈接器是為了更靈活、方便使用。
4 軟件設(shè)計(jì)
主要是實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)處理，程序中必須確認(rèn)是哪一個(gè)按鍵被按下，然后轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序中執(zhí)行，實(shí)際上該程序是一個(gè)完整的鍵盤(pán)掃描程序，如果改動(dòng)其中的處理子程序完全可以應(yīng)用到其他的控制電路中，下文附有詳細(xì)的程序和說(shuō)明供參考，圖2是流程圖。  1 引言
BCD碼又稱(chēng)二/十進(jìn)制碼，即二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制碼，在設(shè)計(jì)、測(cè)試數(shù)字電路硬件過(guò)程或是面對(duì)帶有BCD碼接口的集成電路時(shí)，常常希望方便、快速地產(chǎn)生BCD碼來(lái)完成當(dāng)前的工作，檢驗(yàn)硬件電路的正確性，例如鎖相頻率合成集成電路MC145163P帶有4位BCD編碼接口，用于設(shè)置環(huán)路N分頻器，通過(guò)本文介紹而制作完成后的BCD發(fā)生器可以提供4位BCD編碼輸出，方便地控制每位BCD輸出，可以快速地得到BCD編碼而完成測(cè)試或輸出BCD編碼接到集成電路的BCD編碼接口，無(wú)需頻繁跳線(xiàn)。
另外，BCD編碼有8421碼、2421碼、余3碼等多種形式，本文以常見(jiàn)的8421碼為例介紹電路的實(shí)現(xiàn)和程序的編寫(xiě)。如果對(duì)程序略加修改則可以很方便地實(shí)現(xiàn)其他類(lèi)型的編碼方式（如2421碼）。本電路以AT89C2051為核心設(shè)計(jì)了4×4的矩陣鍵盤(pán)（S0-S15），這樣只需在鍵盤(pán)上按下相應(yīng)的按鍵（S0-S9）即可以產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)（十進(jìn)制0-9）的BCD碼，通過(guò)設(shè)置切換按鍵（S10-S13）可以隨意地控制4位中任意的一位，期間用數(shù)碼管實(shí)時(shí)地顯示當(dāng)前BCD碼對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。
電路功能和特點(diǎn)：
4位BCD編碼輸出，利用單片機(jī)口線(xiàn)可以擴(kuò)展位數(shù)。
改變軟件中鍵號(hào)0-鍵號(hào)9（即S0-S9對(duì)應(yīng)功能）的程序可以實(shí)現(xiàn)其他編碼形式（如2421碼）。參見(jiàn)軟件部分。
電路以常用的8421碼為例，并有數(shù)碼顯示出對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)（也可以省略）。
完整的4×4的矩陣鍵盤(pán)掃描執(zhí)行程序，可以移植到其他應(yīng)用電路中。
BCD編碼由鎖存器實(shí)現(xiàn)信號(hào)鎖存，并引出接口，方便連接其他電路。
“位”控制和0-9編碼輸出互不影響，直接按下功能鍵就可以得到需要的BCD編碼輸出和“位數(shù)”選擇。
2 電路框圖
電路原理圖如圖1所示。 3 電路分析
AT89C2051的P1口組成4×4矩陣鍵盤(pán)（S0-S15），其中P1.0-P1.3作為行線(xiàn)，P1.4-P1.7作為列線(xiàn)，設(shè)計(jì)鍵盤(pán)掃描程序可以達(dá)到預(yù)先設(shè)想的功能（見(jiàn)軟件設(shè)計(jì)部分）。按下S0-S9可以產(chǎn)生0-9十進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的BCD碼，S10-S13用作4位BCD碼的切換按鍵，S14、S15暫未使用，可以不安裝，P3.3-P3.0是BCD碼的數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)，從電路中可以看出，因?yàn)楣τ面I盤(pán)而實(shí)現(xiàn)4位BCD編碼輸出，顯然P3.3-P3.0作為數(shù)據(jù)總線(xiàn)而同時(shí)并接在4個(gè)D鎖存器（4042），通過(guò)S10-S13來(lái)切換，對(duì)于4個(gè)D鎖存器（U3-U6）每次只有一個(gè)有效而把P3.3-P3.0的數(shù)據(jù)“讀入”然后鎖存。實(shí)際上S10-S13控制P3.4和P3.5的狀態(tài)（P3.4和P3.5共有4種組合）并通過(guò)2-4線(xiàn)譯碼器（U2；74LS139）得到對(duì)應(yīng)的U3-U6的有效信號(hào)，表1是S10-S13控制所對(duì)應(yīng)的各芯片狀態(tài)，可見(jiàn)，U3-U6中任意一個(gè)（例如U3）處于有效狀態(tài)而“讀入”P(pán)3.3-P3.0數(shù)據(jù)時(shí)，其余的（U4/U5/U6）處于鎖存狀態(tài)，保留原來(lái)數(shù)據(jù)，因此使用者可以在任意一位中改變所希望的BCD碼輸出。 U2（74LS139）是2-4線(xiàn)譯碼器，功能見(jiàn)表1，他的輸入端B，A分別接至P3.4，P3.5，輸出端Y0-Y3取決于輸入端的組合，每種組合下只有一個(gè)輸出端（Y0-Y3）以低電平有效輸出。U3-U6是D鎖存器，主要是其中的5腳和6腳關(guān)系決定他們的工作狀態(tài)，查閱資料得知，當(dāng)5腳和6腳邏輯電位相同時(shí)，該芯片可以把D3-D0數(shù)據(jù)輸出到Q3-Q0；當(dāng)5腳和6腳邏輯電位不同時(shí)，該芯片處于鎖存原來(lái)數(shù)據(jù)的狀態(tài)，而不會(huì)“讀入”當(dāng)前的D3-D0數(shù)據(jù)，電路中把U3-U6的6腳固定接低電位，而5腳分別用U2（74LS139）的輸出信號(hào)來(lái)控制，不難實(shí)現(xiàn)“可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)對(duì)各位BCD碼的設(shè)置”。4511是譯碼驅(qū)動(dòng)，接共陰數(shù)碼管顯示當(dāng)前每位的BCD碼所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)，方便觀(guān)察，顯示部分很簡(jiǎn)單，此處不在贅述，同時(shí)，顯示部分在電路上不是必須的，可省略，BCD碼通過(guò)J3和J2引出，之所以用兩個(gè)鏈接器是為了更靈活、方便使用。
4 軟件設(shè)計(jì)
主要是實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)處理，程序中必須確認(rèn)是哪一個(gè)按鍵被按下，然后轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序中執(zhí)行，實(shí)際上該程序是一個(gè)完整的鍵盤(pán)掃描程序，如果改動(dòng)其中的處理子程序完全可以應(yīng)用到其他的控制電路中，下文附有詳細(xì)的程序和說(shuō)明供參考，圖2是流程圖。  -->
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