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    基于單片機的四位BCD編碼器電路設計

    2007-01-16 《現代電子技術》

    劉靜波
    (南京工程學院 江蘇 南京 210013)
    1 引言

    BCD碼又稱二/十進制碼,即二進制編碼的十進制碼,在設計、測試數字電路硬件過程或是面對帶有BCD碼接口的集成電路時,常常希望方便、快速地產生BCD碼來完成當前的工作,檢驗硬件電路的正確性,例如鎖相頻率合成集成電路MC145163P帶有4位BCD編碼接口,用于設置環路N分頻器,通過本文介紹而制作完成后的BCD發生器可以提供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編碼而完成測試或輸出BCD編碼接到集成電路的BCD編碼接口,無需頻繁跳線。

    另外,BCD編碼有8421碼、2421碼、余3碼等多種形式,本文以常見的8421碼為例介紹電路的實現和程序的編寫。如果對程序略加修改則可以很方便地實現其他類型的編碼方式(如2421碼)。本電路以AT89C2051為核心設計了4×4的矩陣鍵盤(S0-S15),這樣只需在鍵盤上按下相應的按鍵(S0-S9)即可以產生一個對應(十進制0-9)的BCD碼,通過設置切換按鍵(S10-S13)可以隨意地控制4位中任意的一位,期間用數碼管實時地顯示當前BCD碼對應的十進制數。

    電路功能和特點:

    4位BCD編碼輸出,利用單片機口線可以擴展位數。

    改變軟件中鍵號0-鍵號9(即S0-S9對應功能)的程序可以實現其他編碼形式(如2421碼)。參見軟件部分。

    電路以常用的8421碼為例,并有數碼顯示出對應的十進制數(也可以省略)。

    完整的4×4的矩陣鍵盤掃描執行程序,可以移植到其他應用電路中。

    BCD編碼由鎖存器實現信號鎖存,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”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(S0-S15),其中P1.0-P1.3作為行線,P1.4-P1.7作為列線,設計鍵盤掃描程序可以達到預先設想的功能(見軟件設計部分)。按下S0-S9可以產生0-9十進制數對應的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碼的數據輸出線,從電路中可以看出,因為功用鍵盤而實現4位BCD編碼輸出,顯然P3.3-P3.0作為數據總線而同時并接在4個D鎖存器(4042),通過S10-S13來切換,對于4個D鎖存器(U3-U6)每次只有一個有效而把P3.3-P3.0的數據“讀入”然后鎖存。實際上S10-S13控制P3.4和P3.5的狀態(P3.4和P3.5共有4種組合)并通過2-4線譯碼器(U2;74LS139)得到對應的U3-U6的有效信號,表1是S10-S13控制所對應的各芯片狀態,可見,U3-U6中任意一個(例如U3)處于有效狀態而“讀入”P3.3-P3.0數據時,其余的(U4/U5/U6)處于鎖存狀態,保留原來數據,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線譯碼器,功能見表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腳關系決定他們的工作狀態,查閱資料得知,當5腳和6腳邏輯電位相同時,該芯片可以把D3-D0數據輸出到Q3-Q0;當5腳和6腳邏輯電位不同時,該芯片處于鎖存原來數據的狀態,而不會“讀入”當前的D3-D0數據,電路中把U3-U6的6腳固定接低電位,而5腳分別用U2(74LS139)的輸出信號來控制,不難實現“可以單獨實現對各位BCD碼的設置”。4511是譯碼驅動,接共陰數碼管顯示當前每位的BCD碼所對應的十進制數,方便觀察,顯示部分很簡單,此處不在贅述,同時,顯示部分在電路上不是必須的,可省略,BCD碼通過J3和J2引出,之所以用兩個鏈接器是為了更靈活、方便使用。

    4 軟件設計

    主要是實現鍵盤處理,程序中必須確認是哪一個按鍵被按下,然后轉到相應的處理程序中執行,實際上該程序是一個完整的鍵盤掃描程序,如果改動其中的處理子程序完全可以應用到其他的控制電路中,下文附有詳細的程序和說明供參考,圖2是流程圖。

    鍵盤掃描程序的任務簡單講就是:首先確認是否有按鍵按下,然后通過掃描判斷來得到是在哪一行的按鍵,最后通過比較預先設定的4行表格查找并計算得到具體的按鍵,從而轉到相應的功能程序。

    (1)置列線為輸入狀態(P1.4-P1.7為1),行線(P1.0-P1.3)先為0,即設定的P1.7-P1.0等于F0H并把該狀態保存,接這讀入當前P1口狀態,不難理解,只要有按鍵(任何一個)按下,P1口的狀態肯定不是原來設定的P1.7-P1.0等于F0H,通過判斷就可以實現第一步的目的:首先確認是否有按鍵按下?

    (2)從第一行(P1.0行)開始一步步掃描,找出并確認按鍵在哪一行,掃描的方法步驟見表2。行線每次只有一個為0,例如第1次掃描時設定P1.0為0,而P1.1-P1.3為1,顯然,在當前掃描過程中按下按鍵如果不是P1.0行,那么P1口狀態始終是FEH,因此表2說明中強調“只有任一次比較P1口不等于該數值,說明當前按鍵就在該行”就是這樣的含義,其余各次比較也是一樣道理,通過這樣的判斷,可以實現查找按鍵所在得行數。

    (3)程序中定義了4個表KEYVALTAB1-KEYVALTAB4,分別存放的數據用來為比較程序服務而指示出各行的按鍵具體位置,表3列出按鍵標號和比較數據對應關系,在R2中存放行號的起始值,R0用來存放在每一行中查到按鍵的具體位置(R0范圍是0-3),各行查找時比較的數據見表(3)。讀寫可以簡單分析就可以得到結果,假設通過程序先判斷按鍵在第一行,顯然如果S0按下,P1.7-P1.0的狀態是11101110(S1連接于P1.0和P1.4),也就是表3中S0→EEH。

    (4)KEYCALCU子程序中通過乘3運算用于散轉指令JMP,注意LJMP是3字節指令,各按鍵對應的功能程序安排在一起串LJMP,所以通過乘3運算才能正確對應到各按鍵的執行目標功能程序。

    關于各鍵的相應處理功能就較簡單,只要對應不同的按鍵輸入相應的控制命令,對于S0-S9是控制P3.3-P3.0不同的狀態以得到所對應的BCD編碼,對于S10-S13則是控制P3.4,P3.5的狀態以實現對U3-U6的控制,限于篇幅,詳細內容可以參見程序,程序開始執行時是逐個控制4位BCD編碼輸出,對應的數碼管依次顯示,初始狀態為0001,0000,0000,0000 4位BCD碼分別從J3,J2引出,數碼管顯示為1,0,0,0。

    5 4×4鍵盤掃描程序




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