【文章內(nèi)容簡介】 A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7X1XXX111111110XXXX1111111110000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111110常見的47線譯碼器，TTL型號是741574S154和74LS154等，CMOS電路是74HC154，兩者功能與引腳圖也完全一樣。 碼制變換譯碼器是將一種代碼變換為另一種代碼的電路。例如74LS42，其輸入是由4位二進(jìn)制代碼表示的十進(jìn)制數(shù)（BCD碼），有10條輸出線表示十進(jìn)制數(shù)0~9，稱之為410線譯碼器。 (1)顯示器件 常見的顯示器有白熾燈、輝光數(shù)碼管、熒光數(shù)碼管、發(fā)光二極管（LED）和液晶顯示器（LCD）等。目前用的較多的是發(fā)光二極管和液晶顯示器。我們只對發(fā)光二極管顯示器作一簡單介紹。LED字型以七段顯示器為常見，分為共陽極式與共陰極式接法。共陽極接法的器件如LA5011，LA5021，LA5031等。共陰極接法LED型號只是將LA換成了LC，其他部分及意義完全一樣。 (2)顯示譯碼器 由于LED顯示器有共陽極和共陰極兩種結(jié)構(gòu)，故所對應(yīng)的顯示譯碼器也不同，使用共陽數(shù)碼管時(shí)，公共陽極接電源電壓，七個(gè)陰極a~g由相應(yīng)的BCD七段譯碼器的輸出來驅(qū)動。對共陰極數(shù)碼管來說，則為共陰極接地，相應(yīng)的BCD七段譯碼器的輸出驅(qū)動a~g各陽極。若數(shù)碼管為共陰，則選用輸出為高電平有效的顯示譯碼器。若數(shù)碼管為共陽，則選用輸出為低電平有效的顯示譯碼器。驅(qū)動共陰數(shù)碼管的BCD七段的譯碼器有74474LS48等，該功能CMOS電路為74HC573及MC14513等。 驅(qū)動共陽數(shù)碼管的顯示譯碼器有74474LS47和74LS247等。D、C、B、A為BCD碼輸入端，BI為隱功能端。BI=1，正常顯示：BI=0字型消隱。LT為測試端，LT=1時(shí)，正常顯示；LT=0時(shí)，顯示器顯示8。LE為鎖存端，LE=0不 18鎖存，譯碼器輸出隨輸入BCD碼變化；當(dāng)LE由0變1時(shí)，將輸入的BCD碼鎖存。由計(jì)數(shù)器、顯示譯碼器和顯示器構(gòu)成的顯示系統(tǒng)由CD40150組成。CD40150為CMOS可預(yù)置數(shù)的二一十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。MR為清零端，當(dāng)該端為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清0。PE為預(yù)置控制端，當(dāng)該端為低電平時(shí)，在下一個(gè)時(shí)鐘的上跳沿將需要預(yù)置的數(shù)據(jù)D0~D3送到計(jì)數(shù)器的Q0~Q3端。只有MR、PE、CEP和CET均為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器才進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。本次設(shè)計(jì)采用專用的帶驅(qū)動器的LED段譯碼器，類似譯碼器種類比較多，如74HC573，MC14495，74LS164等 報(bào)警器 蜂鳴器有兩類3大品種。一類是壓電式，一類是電磁式，電磁式又有兩大品種，鐵振膜式和動圈式，二者原理一樣只是結(jié)構(gòu)不同。所有蜂鳴器都有兩種類型：純蜂鳴器和帶驅(qū)動的蜂鳴器，蜂鳴器都是用音頻信號驅(qū)動的，都是交流驅(qū)動。 報(bào)警器的種類很多，比如：揚(yáng)聲器，蜂鳴器等，本次設(shè)計(jì)采用的是電磁式蜂鳴器作為報(bào)警器。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、震動膜片以及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號通過電磁線圈，使得電磁線圈產(chǎn)生了一個(gè)磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。在本設(shè)計(jì)中，由于只要求LED顯示器顯示0~9是個(gè)數(shù)字，因此我們選用74HC573作為LED數(shù)碼管的鎖存器芯片。74HC573是八進(jìn)制 3 態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，該設(shè)備輸入兼容標(biāo)準(zhǔn)CMOS輸出與上拉電阻器，它們兼容與LS/ ALSTTL輸出的。這些閂鎖出現(xiàn)透明的數(shù)據(jù)（即，輸出的變化異步）當(dāng)鎖存使能高。當(dāng)鎖存使能去低，數(shù)據(jù)滿足設(shè)置和保持時(shí)間成為鎖存。具體特點(diǎn)如下：（1）輸出直接連接到CMOS，NMOS和TTL（2）工作電壓范圍： V（3）低輸入電流： mA（4）高噪聲CMOS器件的免疫特性引腳圖如下： 74HC573引腳分布圖 其中OE為使能端，0~7為段碼輸出端，D0~D7為單片機(jī)信號輸入端，LE為位碼選擇端口。功能表如下：輸入輸出輸出使能鎖存使能DQLHHHLHLLLLX不變HXXZ 矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到+5V上。當(dāng)無鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時(shí)，行、列線將導(dǎo)通，此時(shí)，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這一點(diǎn)是識別矩陣按鍵是否被按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個(gè)鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號配合起來作適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。 一、掃描法 按鍵按下時(shí)，與此鍵相連的行線與列線導(dǎo)通，行線在無鍵按下時(shí)處在高電平，顯然，如果讓所有的列線也處在高電平，那么，按鍵按下與否不會引起行線電平的變化，因此，必須使所有列線處在低電平，只有這樣，當(dāng)有鍵按下時(shí)，該鍵所在的行電平才會由高電平變?yōu)榈碗娖?。CPU根據(jù)行平電的變化，便能判定相應(yīng)的行有鍵按下。8號鍵按下時(shí)，第2行一定為低電平，然而，第2行為低電平時(shí)，能否肯定是8號鍵按下呢？回答是否定的，因?yàn)?1號鍵按下同樣使第2行為低電平。為進(jìn)一步確定具體鍵，不能使所有列線在同一時(shí)刻都處在低電平，可在某一時(shí)刻只讓一條列線處于低電平，其余列線均處于高電平，另一時(shí)刻，讓下一列處在低電平，依次循環(huán)，這種依次輪流每次選通一列的工作方式稱為鍵盤掃描。 二、線反轉(zhuǎn)法 ? 第1步：～ 作為輸入線，～ 作為輸出線，并將輸出線輸出全為低電平，讀列線狀態(tài)，則列線中電平為低的是按鍵所在的列。 ? 第2步：將行線作為輸入線，列線作為輸出線，并將輸出線輸出為低電平，讀行線狀態(tài)，則行線中電平為低的是按鍵所在的行。 ? 綜合第2兩步結(jié)果，可確定按鍵所在的行和列，從而識別出所按下的鍵。 鍵盤的編碼 ：按鍵數(shù)量少，可根據(jù)實(shí)際需要靈活編碼。 ：按鍵的位置由行號和列號唯一確定，因此可分別對行號和列 號進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將兩值合成一個(gè)字節(jié)，高4位是行號，低4位是列號。 編程掃描方式 編程掃描方式是利用CPU完成其他工作的空余調(diào)用鍵盤掃描子程序來響應(yīng)鍵盤輸入的要求。在執(zhí)行鍵功能程序時(shí)，CPU不再響應(yīng)鍵輸入要求，直到CPU重新掃描鍵盤為止。 鍵盤掃描程序一般應(yīng)包括以下內(nèi)容： （1）判別有無鍵按下。 （2）鍵盤掃描取得閉合鍵的行、列值。 （3）用計(jì)算法或查表法得到鍵值。 （4）判斷閉合鍵是否釋放，如沒釋放則繼續(xù)等待。 （5）將閉合鍵鍵號保存，同時(shí)轉(zhuǎn)去執(zhí)行該閉合鍵的功能。 定時(shí)掃描方式 定時(shí)掃描方式就是每隔一段時(shí)間對鍵盤掃描一次，它利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生一定時(shí)間（例如10ms）的定時(shí)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到就產(chǎn)生定時(shí)器溢出中斷，CPU響應(yīng)中斷后對鍵盤進(jìn)行掃描，并在有鍵按下時(shí)識別出該鍵，再執(zhí)行該鍵的功能程序。 中斷掃描方式 當(dāng)無鍵按下時(shí)，CPU處理自己的工作，當(dāng)有鍵按下時(shí)，產(chǎn)生中斷請求，CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤掃描子程序，并識別鍵號。中斷掃描方式可以提高CPU工作效率 。 在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖1所示。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。 　 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些，圖中，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。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸入端都是高電平，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了。第三章 硬件電路的設(shè)計(jì) Protel DXP軟件的介紹 Protel DXP軟件的特點(diǎn)介紹現(xiàn)在的Protel DXP已不是單純的PCB(印制電路板)設(shè)計(jì)工具，而是一套由五大模塊組成的系統(tǒng)軟件，它們分別是SCH(原理圖)設(shè)計(jì)、SCH仿真、PCB(印制電路板)設(shè)計(jì)、Auto Router(自動布線器)和FPGA設(shè)計(jì)，覆蓋了以PCB為核心的整個(gè)物理設(shè)計(jì)[7]。Protel DXP在文件交換方面也有很大的進(jìn)展。它可以毫無障礙地讀Orcad、Pads、Accel(PCAD)等EDA公司的設(shè)計(jì)文件；可以輸入和輸出DXF、DWG格式文件，實(shí)現(xiàn)和AutoCAD等軟件的數(shù)據(jù)交換；也可以輸出格式為Hyperlynx的文件，用于板級信號仿真。 Protel DXP作為新推出的優(yōu)秀的電子CAD設(shè)計(jì)軟件，具有以下特點(diǎn)： (1) 通過設(shè)計(jì)文件包的方式，將原理圖編輯、電路仿真、PCB圖設(shè)計(jì)以及打印這些功能有機(jī)地結(jié)合在一起，提供了一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境。 (2) 提供了混合電路仿真功能，為設(shè)計(jì)者檢驗(yàn)原理圖電路中某些功能模塊的正確與否提供了方便。 (3) 提供了豐富的原理圖元件庫和PCB封裝庫，并且為設(shè)計(jì)新的器件封裝提供了封裝向?qū)С绦?，簡化了封裝設(shè)計(jì)過程。 (4) 提供了層次原理圖設(shè)計(jì)方法，支持“自上向下”的設(shè)計(jì)思想，使大型電路設(shè)計(jì)的工作組開發(fā)方式成為可能。 (5) 提供了強(qiáng)大的查錯(cuò)功能。原理圖中的ERC(電氣法檢查)工具和PCB圖的DRC(設(shè)計(jì)規(guī)則檢查)工具能幫助設(shè)計(jì)者更快地查出和改正錯(cuò)誤。 (6) 全面兼容Protel系列以前的版本設(shè)計(jì)文件，并提供了與OrCAD格式文件的轉(zhuǎn)換功能。 (7) 提供了全新的FPGA設(shè)計(jì)的功能，這是以前的版本所沒有提供的功能。 Protel DXP工作總體流程1. 設(shè)計(jì)原理圖元件:雖然Protel DXP提供了豐富的原理圖元件庫，但是并不可能將所有的元件都收到這些庫中。 2. 繪制原理圖:在找到所有需要的原理圖元件后，可以開始原理圖的繪制。根據(jù)具體電路的復(fù)雜程度決定是否需要使用層次原理圖。 3. 生成網(wǎng)絡(luò)表:網(wǎng)絡(luò)表是原理圖(Schematic)設(shè)計(jì)與印制電路板(PCB)設(shè)計(jì)之間的一座橋梁。網(wǎng)絡(luò)表可以從原理圖中獲得，也可以從印制電路板中提取。 4. 設(shè)計(jì)元件封裝:與原理圖元件庫一樣，Protel DXP也不可能提供所有元件封裝。如果發(fā)現(xiàn)元件封裝庫中沒有需要的元件，可以自己動手設(shè)計(jì)元件封裝。 5. 設(shè)計(jì)PCB在確認(rèn)原理圖沒有錯(cuò)誤之后，就可以開始PCB板的繪制工作了。首先根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工藝要求，繪制PCB板輪廓，并確定PCB的工藝要求(如使用幾層板，加工精度等)；然后將原理圖傳輸?shù)絇CB板中來，在網(wǎng)絡(luò)表、設(shè)計(jì)規(guī)則和原理圖的引導(dǎo)下布局和布線；最后利用DRC(設(shè)計(jì)規(guī)則檢查)工具查錯(cuò)。 6. 生成報(bào)表并打印:文檔整理是非常有必要的，良好的文檔給今后的維護(hù)、改進(jìn)都會帶來極大的方便。需要打印的文檔包括原理圖、PCB圖的絲印層以及器件清單文件等各種報(bào)表文件，這些報(bào)表也是重要的工藝設(shè)計(jì)文件。設(shè)計(jì)文件應(yīng)以磁盤文檔的方式保存。 Protel DXP設(shè)計(jì)環(huán)境 當(dāng)用戶啟動Protel DXP后，系統(tǒng)將進(jìn)入Protel DXP管理器設(shè)計(jì)環(huán)境(Design Explorer)，所有Protel DXP功能都是從這個(gè)環(huán)境啟動的。Protel DXP設(shè)計(jì)環(huán)境與以前各個(gè)版本的設(shè)計(jì)環(huán)境有些不同，它采用的是Windows XP風(fēng)格的界面。 Protel DXP的設(shè)計(jì)環(huán)境 Protel DXP組成 在Protel DXP設(shè)計(jì)環(huán)境下，單擊菜單【File】/【New】命令，從【New】子菜單中可以選擇建立項(xiàng)目文件，包括PCB、Schematic、FPGA、VHDL以及相關(guān)的庫(Library)文件。 【New】。 (1) ?Schematic(原理圖)設(shè)計(jì)編輯。選中【File】菜單中的【Schematic】命令，即可啟動原理圖設(shè)計(jì)的模塊，進(jìn)行原理圖的繪制工作。 (2) ?VHDL程序的編寫。選中【VHDL Document】命令，即可啟動VHDL程序的編寫模塊。 (3) ?PCB的設(shè)計(jì)制作。選中【PCB】命令，即可啟動印制電路板的設(shè)計(jì)模塊。 (4) 原理圖元件庫的生成。選中【Schematic Library】命令，即可打開生成和管理元件庫的模塊進(jìn)行相應(yīng)的工作。(5) ?PCB庫的生成。選中【PCB Library】命令，即可啟動封裝庫的生成模塊。 (6) ?PCB項(xiàng)目。執(zhí)行【PCB Project】命令可以打開或生成一個(gè)印制電路板(PCB)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，在該項(xiàng)目中可以添加原理圖的繪制、PCB印制板的設(shè)計(jì)和VHDL程序的編寫模塊設(shè)計(jì)工作。 (7) ?FPGA項(xiàng)目。執(zhí)行【FPGA Project】命令可啟動現(xiàn)場可編程門陣列項(xiàng)目設(shè)計(jì)模塊，在其中也可以添加原理圖的繪制、PCB的設(shè)計(jì)、VHDL程序的編寫模塊設(shè)計(jì)工作。