Sterowanie wyświetlaczami 7-segmentowymi

Wyœwietlacze 7-segmentowe
Sterowanie wyœwietlaczami 7-segmentowymi LED
w sprzêcie powszechnego u¿ytku
Ireneusz Lula
ABC czyli podstawowe parametry
wyœwietlaczy
Siedmiosegmentowe wyœwietlacze diodowe s¹ jednymi
z najpopularniejszych elementów u¿ywanych w sprzêcie elektronicznym do wyprowadzania informacji o charakterze numerycznym (takich jak: numer kana³u, numer programu,
czêstotliwoœæ, temperatura, czas i wiele innych). Skutecznie
konkuruj¹ z wyœwietlaczami ciek³okrystalicznymi tam, gdzie
nie jest szczególnie istotny pobór pr¹du, tam gdzie u¿ycie tych
ostatnich stwarza problemy technologiczne, a tak¿e w urz¹dzeniach, gdzie odczyt danych musi byæ mo¿liwy z wiêkszej
odleg³oœci lub przy s³abym oœwietleniu. Nie zosta³y równie¿
wyeliminowane z odbiorników telewizyjnych mimo coraz
powszechniejszego stosowania systemów wyœwietlania funkcji
na ekranie (OSD). O powodzeniu wyœwietlaczy LED decyduje
ca³y szereg ich zalet, do których nale¿¹: umiarkowana cena,
³atwoœæ monta¿u, dobra czytelnoœæ (ludzie przyzwyczaili siê
do charakterystycznego wygl¹du cyfr), du¿y k¹t widzenia,
bardzo wysoka niezawodnoœæ, trwa³oœæ, a tak¿e odpornoœæ na
wibracje i nara¿enia œrodowiskowe.
W artykule omówiê kilka najczêœciej wykorzystywanych
sposobów sterowania wskaŸnikami LED oraz podam przyk³ady
popularnych rozwi¹zañ uk³adowych. Spoœród wielu istniej¹cych
uk³adów scalonych wspomnê o znanych aplikacjach wyœwietlaczy z u¿yciem uk³adów steruj¹cych TTL.
W nastêpnym numerze znajd¹ siê szczegó³owe opisy dwóch
uk³adów Philipsa s³u¿¹cych do sterowania wyœwietlaczami, o
które pytali w listach nasi Czytelnicy. Jednoczeœnie informujê,
¿e zebrana przez redakcjê bogata dokumentacja uk³adów
scalonych innych producentów pozwoli mi w niedalekiej
przysz³oœci opisaæ kilka lub kilkanaœcie z nich na ³amach
„Serwisu Elektroniki”.
Diody œwiec¹ce (LED) s¹ z³¹czami pó³przewodnikowymi
emituj¹cymi œwiat³o w efekcie pobudzenia pr¹dem przep³ywaj¹cym w kierunku przewodzenia. Kolor œwiat³a (innymi s³owy
d³ugoœæ emitowanej fali elektromagnetycznej) zale¿y od konstrukcji z³¹cza i u¿ytych materia³ów pó³przewodnikowych. Z
ró¿nymi kolorami œwiecenia maj¹ zwi¹zek równie¿ ró¿ne
parametry elektryczne diod. Przedstawiono je w tablicy 1.
Uwzglêdnia ona rzadko spotykane i bardzo drogie diody
niebieskie. Warto w tym miejscu zwróciæ uwagê na dwa
parametry:
· spadek napiêcia w kierunku przewodzenia, który jest
znacznie wiêkszy ni¿ dla popularnych diod krzemowych,
w istotny sposób zale¿y od koloru œwiecenia diody a jego
wartoœæ podlega doœæ du¿ym rozrzutom (gwarantowane
przez producenta wartoœci maksymalne znacznie ró¿ni¹
siê od typowych),
· maksymalne napiêcie jakie mo¿na podaæ na diodê w
kierunku zaporowym, które jest stosunkowo niewielkie,
co trzeba mieæ na uwadze przy ewentualnym zasilaniu
œwiec¹cej diody pr¹dem przemiennym.
Wyœwietlacz sk³ada siê z kilku niezale¿nych diod œwiec¹cych. Zazwyczaj maj¹ one jedno wspólne wyprowadzenie
(katodê - rysunek 1 lub anodê - rysunek 2).
Tablica 1. Podstawowe parametry diod œwiec¹cych firmy Kingbright
(angielskie okreœlenia kolorów podane za producentem).
kolor œwiat³a
d³ugoœæ fali [nm] odpowiadaj¹ca centrum
widma
maksymalny pr¹d
przewodzenia [mA]
maks. pr¹d
szczytowy
(impuls < 10µs) [mA]
maksymalne
napiêcie zaporowe
[V]
maks. moc
rozprasza-na w
diodzie [mW]
spadek napiêcia VF
dla pr¹du
przewodzenia 20mA,
[V] maks:
spadek napiêcia VF
dla pr¹du
przewodzenia 20mA,
[V] typowo:
pr¹d wsteczny [µA]
przy napiêciu zaporowym 5V, maks:
niebieski
(blue)
zielony
(pure
green)
zielony
(green)
¿ó³ty
(yellow)
pomarañ.
(pure
orange)
czerwony
(super
red)
czerwony
(hyper
red)
czerwony
(red)
470
555
565
590
610
625
660
700
50
25
25
30
30
30
30
25
200
150
150
150
150
150
150
150
5
5
5
5
5
5
5
5
105
105
105
105
105
105
100
120
4.4
2.5
2.5
2.5
2.6
2.5
2.5
2.5
3.8
2.2
2.2
2.1
2.0
2.0
1.85
2.0
10
10
10
10
10
10
10
10
5-4915 ELEKTRONIKI
Wyœwietlacze 7-segmentowe
10
f
6
a
b
g
e
7
6
a
4
b
2
c
1
d
c
d
e
10
5
g
f
dp
CC
dp
5
1
9
8
3
Rys.1. Przyk³ad wyœwietlacza ze wspóln¹ katod¹
(HD1133x - Siemens, TDSx5160 - Telefunken,
GL8x056 - Sharp, HDSP5x03 - Hewlett-Packard,
LA6x80 - Rohm, LTS547Ax - Liton, TIL702/06/
14/18 - Texas Instruments, TLx362 - Toshiba,
MAN6980 - Quality Technologies).
7
f
a
b
g
e
6
4
2
1
9
10
5
6
a
10
b
c
d
e
g
f
dp
c
d
CA
dp
5
1
3
8
Rys.2. Przyk³ad wyœwietlacza ze wspóln¹ anod¹
(HD1131x - Siemens, TDSx5150 - Telefunken,
GL9x056 - Sharp, HDSP5x01 - Hewlett-Packard,
LA6x60 - Rohm, LTS546Ax - Liton, TIL701/05/
13/17 - Texas Instruments, TLx363 - Toshiba,
MAN6960 - Quality Technologies). Znakiem „x”
zast¹piono literê lub cyfrê okreœlaj¹c¹ kolor
œwiecenia.
7
6
a
f
d
4
b
2
c
1
d
9
e
10
f
5
Spróbujmy spojrzeæ na zagadnienie z punktu widzenia
konstruktora - projektanta systemu z³o¿onego (miêdzy innymi)
z mikrokontrolera i wyœwietlacza (rysunek 4). Maj¹c pe³n¹
swobodê w tworzeniu hardware’u i software’u, przed dokonaniem wyboru konkretnego rozwi¹zania powinien on sobie
odpowiedzieæ na nastêpuj¹ce pytania:
· ile wyœwietlaczy (cyfr) zostanie u¿ytych, ile segmentów
(diod) bêdzie zapalanych oraz ile linii wyjœciowych mikrokontrolera mo¿na przeznaczyæ do sterowania nimi?
· czy mo¿liwe i czy celowe jest zastosowanie sterowania
impulsowego?
g
dp
c
MIKROKONTROLER
dp
1
Wspó³praca mikrokontrolera z wyœwietlaczem
- kryteria wyboru rozwi¹zania
b
g
e
a
6
Wœród uk³adów scalonych wspó³pracuj¹cych z wyœwietlaczami mo¿na wyró¿niæ nastêpuj¹ce kategorie:
· wzmacniacze pr¹dowe (ang: drivers), których jedynym
zadaniem jest za³¹czanie lub wy³¹czanie pr¹du potrzebnego
do zaœwiecenia segmentu w zale¿noœci od stanu logicznego
podanego na wejœciu; w tej roli mog¹ z powodzeniem byæ
wykorzystywane równie¿ pojedyncze tranzystory,
· transkodery (ang: transcoders), które przetwarzaj¹ zakodowan¹ binarnie informacjê wejœciow¹ na kombinacjê
stanów wyjœæ zasilaj¹cych poszczególne segmenty; najczêœciej stosowane transkodery pozwalaj¹ wyœwietliæ cyfry
0 ÷ 9 przy podaniu na wejœcie liczby binarnej 0000 ÷ 1001,
s¹ to tzw. transkodery kodu BCD na kod wskaŸnika 7 segmentowego,
· rejestry z szeregowym wejœciem i równoleg³ym wyjœciem
(ang: SIPO registers), pozwalaj¹ce raz wprowadziæ kombinacjê bitów poprzez wejœcie szeregowe i nastêpnie utrzymywaæ j¹ dowolnie d³ugo na równoleg³ych wyjœciach
odpowiadaj¹cych segmentom wyœwietlacza,
· uk³ady wielofunkcyjne (jak zegary, liczniki, przetworniki
analogowo - cyfrowe, mikrokontrolery steruj¹ce) wyprowadzaj¹ce jednoczeœnie informacjê do sterowania wyœwietlaczem.
W praktyce spotykamy siê czêsto z uk³adami scalonymi
³¹cz¹cymi w sobie cechy kilku wymienionych wy¿ej grup.
Zdarza siê te¿, ¿e uk³ady rejestrów i transkoderów s¹ z integrowane w strukturze samego wyœwietlacza.
Parametry poszczególnych diod wchodz¹cych w sk³ad
wyœwietlacza przedstawione w tablicy 1 nie zale¿¹ od wielkoœci
œwiec¹cego segmentu. Trzeba jednak wiedzieæ, ¿e w wyœwietlaczach o wiêkszych wymiarach, gdzie wysokoœæ cyfry
przekracza na przyk³ad 20 mm, na jeden segment mo¿e
przypadaæ wiêksza liczba diod po³¹czonych szeregowo. Ka¿dy
segment mo¿e siê sk³adaæ nawet z dziesiêciu lub wiêcej diod,
przy czym kropka dziesiêtna tworzona jest zwykle przez
mniejsz¹ ich liczbê. Przyk³adow¹ strukturê wewnêtrzn¹ takiego
wyœwietlacza przedstawia rysunek 3. Znajomoœæ jej jest potrzebna przy projektowaniu uk³adu sterowania aby uwzglêdniæ
odpowiednio wiêksze spadki napiêæ na poszczególnych œwiec¹cych segmentach.
10
Uk³ady scalone wspó³pracuj¹ce
z wyœwietlaczami
5
?
CA
3
8
Rys.3. Przyk³ad wyœwietlacza z wiêksz¹ liczb¹ diod
przypadaj¹cych na ka¿dy segment (SA23-12xxx
- Kingbright - wysokoϾ cyfry 57 mm).
Rys.4. Mikrokontroler i wyœwietlacz(e). Jak zapewniæ
sterowanie?
5-4915 ELEKTRONIKI
Wyœwietlacze 7-segmentowe
· czy wydajnoœæ pr¹dowa wyjœæ mikrokontrolera jest dostateczna dla zapewnienia odpowiedniej wartoœci pr¹du
potrzebnego do zapalenia pojedynczego segmentu?
· czy mo¿na za³o¿yæ ograniczenie liczby mo¿liwych kombinacji wyœwietlonych segmentów (na przyk³ad wy³¹cznie
do tych, które uk³adaj¹ siê w cyfry) czy potrzebne bêdzie
pozostawienie mo¿liwoœci wyœwietlenia dowolnej kombinacji?
Znaj¹c wszystkie odpowiedzi mo¿emy dokonaæ wyboru
najbardziej racjonalnego rozwi¹zania. Poni¿ej przedstawiê te,
które najczêœciej pojawiaj¹ siê w sprzêcie powszechnego u¿ytku.
Nie wszystkie podane rozwi¹zania wzajemnie siê wykluczaj¹.
Mo¿liwe s¹ ró¿ne kombinacje, na przyk³ad sterowanie impulsowe z u¿yciem zewnêtrznego transkodera.
Sterowanie statyczne - oddzielne wyjœcie
mikrokontrolera dla ka¿dego segmentu
wyœwietlacza
Sterowanie statyczne wyœwietlacza polega na wywo³ywaniu
œwiecenia segmentów przez pod³¹czenie do nich pr¹du sta³ego.
Mo¿na je stosowaæ wówczas, gdy ca³kowita liczba sterowanych
segmentów nie przekracza liczby wolnych wyjœæ mikrokontrolera (ma to czêsto miejsce przy stosowaniu jednego, rzadziej
przy stosowaniu dwóch wyœwietlaczy). Zasada sterowania jest
wówczas prosta - prze³¹czanie stanu wyjœcia skutkuje zapaleniem lub wygaszeniem odpowiadaj¹cego mu segmentu.
Mo¿liwe jest wiêc wyœwietlenie dowolnej kombinacji segmentów. Jedynym problemem jaki trzeba rozwi¹zaæ jest
zagwarantowanie odpowiedniej wartoœci pr¹du przewodzenia
(œwiecenia) diod. Pr¹d ten powinien wynosiæ zwykle od 5 mA
(dla diod o podwy¿szonej wydajnoœci œwietlnej) do 15 - 20 mA
(dla najpopularniejszych wyœwietlaczy).
Producenci mikrokontrolerów czêsto oferuj¹ podwy¿szon¹
wydajnoœæ pr¹dow¹ niektórych wyjœæ (zazwyczaj jednego portu
8 - bitowego). W tablicy 2 wyszczególniono wyprowadzenia
najpopularniejszych mikrokontrolerów, dla których dopuszczalna wartoœæ pr¹du wp³ywaj¹cego do wyjœcia w stanie niskim
pozwala na bezpoœrednie sterowanie diodami LED.
W zwi¹zku z tym, ¿e podany w tablicy 2 dopuszczalny pr¹d
wyjœciowy mikrokontrolera w stanie niskim (IOL) jest zwykle
znacznie wy¿szy ni¿ w stanie wysokim (-IOH), segmenty wyœwietlacza nale¿y pod³¹czyæ w taki sposób aby zaœwieca³y siê
dla stanu niskiego. Wynika z tego koniecznoœæ u¿ywania
wskaŸników ze wspóln¹ anod¹ i po³¹czenia ich jak na rys. 5.
Pod³¹czenie dwóch wyœwietlaczy wymaga u¿ycia maksymalnie 16 wyjœæ mikrokontrolera. Mo¿e byæ ich mniej gdy nie
przewiduje siê zapalania wszystkich segmentów (na przyk³ad
punktów dziesiêtnych) albo gdy niektóre segmenty mog¹ byæ
zapalone na sta³e.
Tablica 2. Mikrokontrolery wyposa¿one w wyjœcia do bezpoœredniego sterowania diodami LED.
Typ
mikrokontrolera
Producent
Oznaczenie
portu
Numery
wyprowadzeñ
(obudowa DIL)
Dopuszczalny
pr¹d wyjœciowy
(IOL) [mA]
SDA20560/561/562
P83CL167/168/267/268
83C750
83C751
83C752
MAB8411/21/41/61
PCF84C21/41/81
SAA5296
ST6326/56
ST6327/57
ST6328/58
ST6385/86/87/88
ST6391/93/94/95/96/99
PIC16C83/84
PIC16C54/56
PIC16C55/57
PIC16C508/509
SDA20561
KS88C0116
KS88C0316
KS88C3208/16
KS88C4204/08
KS88C4316
CXP80316
CXP82712/16
CXP84220/24
CXP85112/16
SAA1293
Siemens
Philips
Philips
Philips
Philips
Philips
Philips
Philips
SGS - Thomson
SGS - Thomson
SGS - Thomson
SGS - Thomson
SGS - Thomson
Microchip
Microchip
Microchip
Microchip
Siemens
Samsung
Samsung
Samsung
Samsung
Samsung
Sony
Sony
Sony
Sony
ITT
P0
P0
P0, P1, P3
P0.2, P1, P3
P0.2, P0.3, P0.4, P1, P3
P1
P1
P0.5, P0.6
PA
PA
PA
PA6, PA7
PA6, PA7
RA, RB
RA, RB
RA, RB, RC
GP
P0
P5, P6
P5, P6
P0.4÷P0.7, P1.0÷P1.2
P2.4÷P2.7, P4
P1, P5
PD
PC
PC
PD, PF.0÷PF.3
-
2÷9
7÷14
1÷8, 13÷23
1÷6, 13÷23
1÷6, 13÷17, 20÷27
18÷25
18÷25
19,20
17÷19, 21÷23
17÷20, 22÷25
20÷23, 25÷28
19, 20
19, 20
1÷3, 7÷13, 17÷18
1÷2, 6÷13, 17÷18
6÷25
2÷7
2÷9
26÷31, 33÷34, 44÷49
26÷31, 33÷34, 44÷49
14÷20
15÷20, 23÷24
45÷52, 56÷63
25÷31, 33
13÷20
21÷28
25÷31, 33, 57÷60
14÷20
22.5
10
10 1)
10 1)
10 1)
10
10
10
30
30
30
25
25
25 1) 2)
10 2)
10 2)
8.7 2)
22.5
15
10
10
10
15
12
12
12
12
20
1)
wprowadza siê te¿ ograniczenie na sumaryczny pr¹d wp³ywaj¹cy do wszystkich linii portu.
2)
mo¿liwe jest te¿ sterowanie LED-ów pr¹dem wyp³ywaj¹cym z portu w stanie wysokim.
5-4915 ELEKTRONIKI
Wyœwietlacze 7-segmentowe
CA
MIKROKONTROLER
Z WYJŒCIAMI
O PODWY¯SZONEJ
OBCI¥¯ALNOŒCI
CA
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
Rys.5. Sterowanie statyczne bezpoœrednio z wyjœæ
mikrokontrolera.
Sterowanie impulsowe
MIKROKONTROLER
Z WYJŒCIAMI
O PODWY¯SZONEJ
OBCI¥¯ALNOŒCI
Sterowanie statyczne jest najprostszym, lecz nie najbardziej
efektywnym sposobem korzystania z wyœwietlaczy. Z dwóch
wzglêdów op³acalne jest sterowanie impulsowe.
Po pierwsze, jest ono bardziej efektywne. Przy ustalonej
mocy œredniej wydzielanej w diodzie zmniejszenie wspó³czynnika wype³nienia przebiegu pr¹dowego powoduje wzrost
jasnoœci œwiecenia. Jeœli na przyk³ad tê sam¹ diodê zasilamy
CA
raz pr¹dem sta³ym 5 mA, innym razem impulsami prostok¹tnymi 25 mA ze wspó³czynnikiem wype³nienia 20% to,
zachowuj¹c nie zmienion¹ wartoœæ œredni¹ pr¹du, w drugim
przypadku uzyskujemy oko³o 40 - procentowy wzrost œredniej
intensywnoœci œwiecenia (wed³ug „Seven Segment LED
Display Applications” - Hewlett Packard Application Note
1006).
Po drugie, technika sterowania impulsowego pozwala na
do³¹czenie kilku wyœwietlaczy równolegle do wspólnych wyjœæ
uk³adu steruj¹cego. Na przyk³ad piêæ wyœwietlaczy ze wspóln¹
anod¹ mo¿na pod³¹czyæ tak jak to pokazano na rysunku 6.
Sterowanie nimi odbywa siê sekwencyjnie, zawsze przewodzi
co najwy¿ej jeden z tranzystorów umieszczonych w obwodach
anod. Za³¹czanie kolejnych tranzystorów odbywa siê synchronicznie z ustawianiem odpowiednich kombinacji stanów na
katodach poszczególnych segmentów.
Czêstotliwoœæ impulsów (cykli) steruj¹cych musi wynosiæ
conajmniej 50 Hz aby oko ludzkie nie rejestrowa³o migotania.
W okresie pe³nego cyklu sterowania wyœwietlaczami mo¿e
byæ równie¿ zarezerwowany przedzia³ czasu, w którym ¿aden
wskaŸnik nie jest zapalony (wszystkie tranzystory z rysunku 6
s¹ wy³¹czone). W tym momencie linie steruj¹ce poszczególnymi segmentami bêd¹ mog³y przyjmowaæ dowolny poziom
logiczny bez wp³ywu na stan wyœwietlaczy, bêd¹ wiêc mog³y
pe³niæ inne funkcje nie zwi¹zane z wyœwietlaniem. Mo¿liwoœæ
ta jest czêsto wykorzystywana zw³aszcza gdy jak na rysunku 6
uk³adem steruj¹cym jest mikrokontroler. Przeznaczenie jego
portów mo¿e bowiem swobodnie okreœlaæ programista w
procesie konstruowania urz¹dzenia. Do wspólnych z wyœwietlaczem linii mikrokontrolera pod³¹czane s¹ najczêœciej uk³ady
sterowania przyciskowego.
Wad¹ sterowania impulsowego jest mo¿liwoœæ rozprzestrzeniania siê zak³óceñ generowanych na skutek szybkiego
prze³¹czania stosunkowo du¿ych pr¹dów.
CA
CA
CA
CA
g
f
e
d
c
b
a
Rys.6. Sekwencyjne sterowanie impulsowe. Piêæ wyœwietlaczy wykorzystuje wspólne wyjœcia mikrokontrolera.
Pe³en cykl sterowania sk³ada siê z piêciu faz, w ka¿dej fazie œwieci tylko jeden wyœwietlacz.
5-4915 ELEKTRONIKI
Wyœwietlacze 7-segmentowe
Vcc
A
B
C
D
74LS47
74LS47
8xR
a
b
c
d
e
f
g
B
C
LT
BI
RBI
D
A
GND
dp
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1
16
8
9
1011
1100
Vcc
f
g
a
b
c
d
e
1101
1110
1111
Rys.7. Transkoder 74(LS)47 - schemat aplikacyjny, kolejnoœæ wyprowadzeñ i wskazania wyœwietlacza dla
wszystkich mo¿liwych kombinacji stanów wejœæ A, B, C, D.
Sterowanie przy u¿yciu transkodera
· DS8669 - firmy National Semiconductors z mo¿liwoœci¹
sterowania dwiema cyframi,
· MC14511, MC14574 - firmy Motorola.
Rozwi¹zania opisane wy¿ej przyporz¹dkowuj¹ œciœle poszczególne wyjœcia mikrokontrolera segmentom wyœwietlaczy.
Jedno wyjœcie odpowiada segmentowi „a”, inne segmentowi
„b”, itd. Dziêki temu mo¿liwe jest zapalenie wszystkich
mo¿liwych kombinacji segmentów. W praktyce jednak rzadko
wystêpuje taka potrzeba. Zwykle mo¿na z góry za³o¿yæ, ¿e
(spoœród 256 mo¿liwych kombinacji jakie daje 7 segmentów
plus punkt dziesiêtny) liczba u¿ytecznych kombinacji bêdzie
sprowadza³a siê do kilku lub kilkunastu, zwykle tylko do tych,
które tworz¹ obraz cyfr. Wtedy chc¹c oszczêdziæ liczbê zajêtych
linii mikrokontrolera mo¿na na jego wyjœciach wyprowadziæ
tylko kod (numer) kombinacji, a do bezpoœredniego sterowania
segmentami u¿yæ uk³adu scalonego transkodera.
Najpopularniejszymi typami transkoderów s¹ uk³ady przetwarzaj¹ce kod BCD na kod cyfr wskaŸnika. Dzia³anie takiego
transkodera opisuje tablica 3.
Najbardziej znane transkodery tego typu to:
· 74(LS)47, 74(LS)48, 74(LS)49 - uk³ady TTL produkowane przez wiele firm na œwiecie,
· 8T04, 8T05 - firmy Signetics o obci¹¿alnoœci wyjœæ 40 mA
· 9368, 9370, 9384 - firmy Fairchild z wewnêtrznymi
zatrzaskami,
Opis wyprowadzeñ najpopularniejszego transkodera
74(LS)47 przedstawiono na rysunku 7. Jest on przeznaczony
do wspó³pracy z wyœwietlaczem ze wspóln¹ anod¹ - stanem
aktywnym wyjœæ transkodera jest poziom niski. Uk³ad 7447
ma obci¹¿alnoœæ wyjœciow¹ (IOL) 40mA, zaœ uk³ad 74LS47 24mA. Pr¹d musi byæ ograniczany przez rezystory za³¹czone
szeregowo z diodami segmentów. Katoda wyœwietlacza mo¿e
byæ pod³¹czona do napiêcia VCC = 15V maks. Wartoœæ szeregowych rezystorów dobiera siê na podstawie zale¿noœci:
R = (VCC - VF - VOL) / IF,
gdzie: VCC - napiêcie podane na wspóln¹ anodê, VF - spadek
napiêcia na diodzie œwiec¹cej (oko³o 2.0V, zale¿ny od koloru),
VOL - napiêcie na wyjœciu uk³adu w stanie niskim (oko³o 0.3V),
IF - pr¹d przewodzenia zapalonej diody wybrany w granicach
zalecanych przez producenta. Dla VCC = 5V i IF = 15mA
wartoϾ rezystora wyniesie 180 om.
Oprócz wejœæ A, B, C i D s³u¿¹cych do podawania kodu
cyfry uk³ad 74(LS)47 posiada trzy dodatkowe wejœcia o nastêpuj¹cym przeznaczeniu:
Tablica 3. Logika dzia³ania transkodera kodu BCD na kod wskaŸnika 7- segmentowego.
1)
A
Wejœcia
B
C
D
a
b
c
Wyjœcia
d
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
0 lub 1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
1
0
1
0 lub 1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1)
e
f
g
Wyœw.
cyfra
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
„1” oznacza zapalony wyœwietlacz. Poziomy wyjœæ transkodera bêd¹ przeciwne jeœli stanem
aktywnym jest zero.
5-4915 ELEKTRONIKI
Wyœwietlacze 7-segmentowe
· BI - podanie stanu niskiego powoduje wygaszenie wszystkich segmentów wyœwietlacza niezale¿nie od kombinacji
stanów podanej na wejœcia A ÷ D. Wejœcie to mo¿na
wykorzystaæ do sterowania impulsowego,
· RBI - podanie stanu niskiego powoduje, ¿e nie bêdzie
wyœwietlana cyfra 0. Podanie na wejœcie kodu 0000 spowoduje zamiast wyœwietlenia zera wygaszenie wszystkich
segmentów. Wejœcie to wykorzystuje siê w celu zablokowania wyœwietlania zera na pozycji najbardziej znacz¹cej
cyfry,
· LT - podanie stanu niskiego powoduje zaœwiecenie
wszystkich segmentów niezale¿nie od stanu pozosta³ych
wejœæ. Wejœcie to wykorzystuje siê do testowania sprawnoœci wyœwietlacza (na przyk³ad w chwili za³¹czania
urz¹dzenia do pracy).
R
Zapalanie segmentu
stanem niskim
wyjœcia steruj¹cego
R
Zapalanie segmentu
stanem wysokim
wyjœcia steruj¹cego
Rys.8. Tranzystorowe stopnie steruj¹ce diodami LED.
Przy sterowaniu wyœwietlaczem uk³ady te trzeba
zwielokrotniæ stosownie do iloœci segmentów.
U¿ycie wzmacniaczy pr¹du segmentów
Zastosowanie przetwornika szeregowo/
równoleg³ego (rejestru SIPO)
Zastosowanie rejestru z wejœciem szeregowym i wyjœciem
równoleg³ym (SIPO) pozwala na bardziej radykalne ograniczenie liczby wyjœæ mikrokontrolera zajmowanych przez
wyœwietlacz. Dane do wyœwietlacza s¹ bowiem przesy³ane w
postaci szeregowej i zwykle dwie lub trzy linie mikrokontrolera
wystarcz¹ do sterowania kilkoma wskaŸnikami. Wysy³anie
kompletu danych do wyœwietlacza ma zazwyczaj miejsce tylko
raz, przy zmianie wyœwietlanego znaku. W czasie gdy stan
wyœwietlacza jest ustalony, te same linie mikrokontrolera mog¹
byæ u¿ywane do innych celów. Ta metoda sterowania jest wiêc
najbardziej efektywna jeœli wzi¹æ pod uwagê minimalizacjê
liczby zajêtych portów mikrokontrolera. Przy konstruowaniu
urz¹dzeñ elektronicznych kryterium to ma niejednokrotnie
znaczenie kluczowe i dla jego spe³nienia warto ponieœæ koszty
niezale¿nego rejestru, tote¿ uk³ady te spotyka siê nawet w
sprzêcie powszechnego u¿ytku.
Oferta producentów rejestrów szeregowo/równoleg³ych
specjalnie przeznaczonych do sterowania wyœwietlaczami jest
bardzo bogata. W nastêpnym numerze „Serwisu Elektroniki”
znajd¹ siê opisy uk³adów Philipsa SAA1060 i SAA1064.
Uk³ady transkoderów, rejestrów SIPO, oraz niektóre wyjœcia
mikrokontrolerów, jeœli zosta³y specjalnie zaprojektowane do
sterowania wyœwietlaczami, nie wymagaj¹ stosowania ¿adnych
dodatkowych elementów wspomagaj¹cych. W innych przypadkach zachodzi zwykle potrzeba u¿ycia wzmacniaczy pr¹dów
segmentów. Jak ju¿ wspomniano, mo¿na do tego celu u¿yæ
zwyk³ych tranzystorów z rezystorami wstawionymi w szereg z
segmentami wyœwietlacza (rysunek 8). Aby jednak zminimalizowaæ liczbê elementów dyskretnych, mo¿na skorzystaæ ze
specjalizowanego uk³adu zawieraj¹cego kilka zintegrowanych
wzmacniaczy pr¹dowych. Uk³ady takie czêsto oferuj¹ dodatkowe zalety jak na przyk³ad automatyczna realizacja sterowania
impulsowego, wyjœcia pr¹dowe nie wymagaj¹ce stosowania
zewnêtrznych rezystorów ograniczaj¹cych, mo¿liwoœæ zaprogramowania wartoœci pr¹du i inne.
W tablicy 4 wyszczególniono niektóre uk³ady wzmacniaczy
pr¹dowych maj¹ce zastosowanie do sterowania wyœwietlaczami.
S³ownik u¿ytych terminów angielskich
CA (Common Anode) - wspólna anoda
CC (Common Cathode) - wspólna katoda
dp (decimal point) - kropka dziesiêtna, tu: ósmy, najmniejszy
segment wyœwietlacza
LED (Light Emitting Diode) - dioda œwiec¹ca
OSD (On - Screen Display) - wyœwietlanie funkcji na ekranie
SIPO (Serial In - Parallel Out) - wejœcie szeregowe - wyjœcie
równoleg³e (typ rejestru)
Tablica 4. Uk³ady wzmacniaczy pr¹dowych do sterowania wskaŸnikami LED.
1)
2)
Typ uk³adu
Producent
Liczba wyjϾ
Pr¹d wyjœciowy [mA]
DS8859
DS8869
DS8877
ULN-2031/33
75497/498
75492
DS8870
DS8863/8963
ULN-2003A
MC1413
ULN-2981A
ULN-2068B
National Semiconductors
National Semiconductors
National Semiconductors
Sprague
Texas Instruments
Motorola, Fairchild
National Semiconductors
National Semiconductors
Sprague, Texas Instr.
Motorola
Sprague
Sprague
6
8
6
7
7
6
6
8
7
7
8
4
maks. 0÷40 1)
typ. -14 2)
typ. 50
maks. ±80 2)
maks. 125
maks. 250
maks. 350
maks. 500
maks. 500
maks. 500
maks. -500 2)
maks. 1500
wartoœæ pr¹du programowalna
minus oznacza pr¹d wyp³ywaj¹cy z wyjœcia w stanie wysokim
5-4915 ELEKTRONIKI
}