w I-LO w Tarnowie
Materiały dla uczniów liceum
Wyjście Spis treści Wstecz Dalej
Autor artykułu: mgr Jerzy Wałaszek
©2024 mgr Jerzy Wałaszek
I LO w Tarnowie
|
Serwis Edukacyjny w I-LO w Tarnowie
Materiały dla uczniów liceum |
Wyjście Spis treści Wstecz Dalej
Autor artykułu: mgr Jerzy Wałaszek |
©2024 mgr Jerzy Wałaszek
|
Wyświetlacze cyfrowe LED (ang. Light Emitting Diode - dioda emitująca światło, LED display, digital LED display, BCD to seven segment decoder/driver) są powszechnie stosowane w różnym sprzęcie elektronicznym - radia, telewizory, zasilacze, urządzenia pomiarowe, termometry cyfrowe, zegary itp. Zbudowane są z diod LED, które pod wpływem przyłożonego napięcia (około 2...2,4V) świecą różnymi kolorami, najczęściej na czerwono, chociaż obecnie inne kolory również stają się popularne.
Świecenie diody LED nie ma nic wspólnego z procesami termicznymi, jak np. w żarówce. Pod wpływem przepływu elektronów przez specjalnie dobrany półprzewodnik następuje wzbudzanie jego atomów i generacja fotonów o ściśle określonych długościach fal, które wydostają się na zewnątrz dając efekt świecenia diody. Procesy te są bardzo szybkie - diodę LED można załączać i wyłączać miliony razy na sekundę (własność tę wykorzystują np. nadajniki światłowodowe). Ponieważ w trakcie świecenia dioda nie rozgrzewa się do wysokich temperatur, jej bezawaryjny czas pracy jest bardzo długi - około 50...100 tysięcy godzin. Więcej na temat diod LED znajdziesz tutaj.
Typowy, cyfrowy wyświetlacz LED zbudowany jest z 7 segmentów, za pomocą których można wyświetlać wszystkie cyfry oraz kilkanaście liter i innych znaków (do liter stosuje się wyświetlacze alfanumeryczne, które posiadając dodatkowe segmenty pozwalają wyświetlać wszystkie litery alfabetu).
Każdy segment jest podświetlany przez oddzielną diodę LED. Aby zaoszczędzić na liczbie wyprowadzeń wyświetlacza, wewnętrznie diody są ze sobą połączone katodami (wyświetlacz o wspólnej katodzie - ang. common cathode) lub anodami (wyświetlacz o wspólnej anodzie - ang. common anode).
 |
Wspólna katoda |
Wspólna anoda |
Poniższa symulacja wyświetlacza LED pozwala ci przetestować różne konfiguracje segmentów. Segmenty zaświecasz i gasisz kliknięciem myszki.
| Symulator |
Wyświetlacz o wspólnej katodzie zaświeca segmenty, jeśli na ich wejścia sterujące podamy poziom wysoki. Z kolei wyświetlacz o wspólnej anodzie reaguje na poziom niski na wejściach sterujących. Należy na ten fakt zwrócić uwagę przy konstruowaniu urządzenia cyfrowego. Praktycznie wszystkie wyświetlacze LED są produkowane w obu wariantach połączeń.
W tym projekcie zbudujemy sterownik wyświetlacza LED ze wspólną katodą. Na początek określmy sygnały wejściowe i wyjściowe
Sterownik posiada cztery wejścia D, C, B, A, na które podajemy cyfrę dziesiętną w kodzie BCD. W odpowiedzi na wyjściach a, b, c, d, e, f i g pojawiają się sygnały sterujące odpowiednimi segmentami wyświetlacza LED. Poniższa tabelka definiuje sygnały wyjściowe w funkcji sygnałów wejściowych.
| wejście | wyjście | cyfra | |||||||||
| D | C | B | A | a | b | c | d | e | f | g | |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |  |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |  |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |  |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |  |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |  |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |  |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |  |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |  |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |  |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |  |
Na podstawie tabelki tworzymy tablice Karnaugha dla poszczególnych sygnałów wyjściowych i dokonujemy minimalizacji funkcji logicznych, sprowadzając je do funkcji NAND:
 |
 |
 |
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
 |
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
 |
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
 |
 |
 |
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
 |
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
 |
 |
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Podsumujmy otrzymane funkcje logiczne dla poszczególnych wyjść sterownika:
Rozpoczynamy od sygnałów wejściowych i ich negacji:
Teraz realizujemy kolejne funkcje wyjściowe:
Tutaj korzystamy z funkcji, która została już użyta w sygnale d.
Wykorzystujemy funkcje z sygnału a i d.
Numerujemy bramki:
Definiujemy sieć połączeń:
Na wejścia sieci będą podawane kody BCD kolejnych cyfr od 0 do 9. Na wyjściu otrzymamy stany sygnałów sterujących wyświetlaczem LED a ... g:
| wejście | wyjście | cyfra | |||||||||
| D | C | B | A | a | b | c | D | e | f | g | |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
|
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
|
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
|
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
|
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
|
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
|
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
|
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
|
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
|
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
|
C++// Symulacja sieci logicznej
// sterownika wyświetlacza LED
// (C)2020 mgr Jerzy Wałaszek
// I LO w Tarnowie
#include <iostream>
using namespace std;
// Funkcje bramek
int NOT(int a)
{
return !a;
}
int NAND2(int a, int b)
{
return !(a && b);
}
int NAND3(int a, int b, int c)
{
return !(a && b && c);
}
int NAND4(int a, int b, int c, int d)
{
return !(a && b && c && d);
}
int main( )
{
// Stany wejściowe oraz stany wyjściowe
int A,B,C,D,a,b,c,d,e,f,g;
// Stany wyjściowe bramek
int YB1, YB2, YB3, YB4, YB5, YB6, YB7, YB8, YB9, YB10;
int YB11,YB12,YB13,YB14,YB15,YB16,YB17,YB18,YB19,YB20;
int YB21,YB22;
int i;
cout << " D C B A | a b c d e f g\n"
"---------+---------------" << endl;
// W pętli generujemy kody cyfr BCD od 0 do 9
for(i = 0; i < 10; i++)
{
// Wydobywamy bity kodu BCD
D = (i & 8) > 0;
C = (i & 4) > 0;
B = (i & 2) > 0;
A = (i & 1);
// Symulacja sieci
YB1 = NOT(D);
YB2 = NOT(C);
YB3 = NOT(B);
YB4 = NOT(A);
YB5 = NAND2(A,C);
YB6 = NAND2(YB2,YB4);
YB7 = NAND2(YB3,YB4);
YB8 = NAND2(A,B);
YB9 = NAND3(YB4,B,YB2);
YB10 = NAND2(YB3,C);
YB11 = NAND2(B,YB2);
YB12 = NAND3(A,YB3,C);
YB13 = NAND2(YB4,YB3);
YB14 = NAND4(YB3,YB1,YB5,YB6);
YB15 = NAND3(C,YB7,YB8);
YB16 = NAND2(YB4,YB10);
YB17 = NAND2(YB10,YB4);
YB18 = NAND3(YB2,YB1,YB13);
YB19 = NAND2(YB5,B);
YB20 = NAND4(YB1,YB16,YB11,YB12);
YB21 = NOT(YB17);
YB22 = NAND3(YB10,YB19,YB1);
a = YB14;
b = YB15;
c = YB9;
d = YB20;
e = YB21;
f = YB18;
g = YB22;
// Wyświetlamy wyniki
cout << " " << D << " " << C << " " << B << " " << A
<< " | "
<< a << " "
<< b << " "
<< c << " "
<< d << " "
<< e << " "
<< f << " "
<< g << endl;
}
cout << endl;
return 0;
}
|
| Wynik: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| D C B A | a b c d e f g ---------+--------------- 0 0 0 0 | 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 | 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 | 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 | 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 | 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 | 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 | 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 | 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 | 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 | 1 1 1 1 0 1 1 |
|
Obciążenia wnoszone przez poszczególne wejścia: A - 4, B - 5, C - 5, D - 1,
Sieć logiczna sterownika wyświetlacza cyfrowego LED wymaga zastosowania aż 7 układów scalonych TTL. Ponieważ wyświetlacze LED są powszechnie stosowane w różnym sprzęcie cyfrowym, przemysł elektroniczny produkuje scalone sterowniki, które zawierają taką sieć wewnątrz pojedynczego układu, udostępniając dodatkowe funkcje. Takim właśnie scalonym sterownikiem jest na przykład układ scalony TTL SN7448 (również SN7446, SN7447 i SN7449 - sterują wyświetlaczami o wspólnej anodzie).
Układ SN7448 pozwala bezpośrednio sterować 7 segmentowym wyświetlaczem LED o wspólnej katodzie, czyli realizuje podobne funkcje do naszego sterownika. Typowa aplikacja dla tego układu jest następująca:
Sygnały sterujące LT, BI/RBO i RBI (LT - LED Test, BI - Blanking Input - wejście wygaszające, RBO - Ripple-Blanking Output - wyjście sztafetowego wygaszania, RBI - Ripple-Blanking Input - wejście sztafetowego wygaszania) umożliwiają testowanie wyświetlacza oraz wygaszanie początkowych zer w układach sterujących większą liczbą wyświetlaczy cyfr. Więcej informacji na temat tego układu znajdziesz w katalogach producenta. Poniższa tabelka przedstawia zależności pomiędzy sygnałami wejściowymi i wyjściowymi dla układu SN7448. Zwróć uwagę na uboższe o jeden segment wyświetlanie cyfr 6, 7 i 9.
| Wejścia | BI/RBO | Wyjścia | LED | Uwagi | |||||||||||
| LT | RBI | D | C | B | A | a | b | c | d | e | f | g | |||
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
 |
Cyfry |
| 1 | X | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
 |
|
| 1 | X | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
 |
|
| 1 | X | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
 |
|
| 1 | X | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
 |
|
| 1 | X | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
 |
|
| 1 | X | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
 |
|
| 1 | X | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
 |
|
| 1 | X | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
 |
|
| 1 | X | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
 |
|
| 1 | X | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
 |
Znaki specjalne |
| 1 | X | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
 |
|
| 1 | X | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
 |
|
| 1 | X | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
 |
|
| 1 | X | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
 |
|
| 1 | X | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
 |
|
| X | X | X | X | X | X | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
|
Wygaszenie |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
|
Wygaszenie zera |
| 0 | X | X | X | X | X | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
|
Test diod LED |
 |
Zespół Przedmiotowy Chemii-Fizyki-Informatyki w I Liceum Ogólnokształcącym im. Kazimierza Brodzińskiego w Tarnowie ul. Piłsudskiego 4 ©2024 mgr Jerzy Wałaszek |
Materiały tylko do użytku dydaktycznego. Ich kopiowanie i powielanie jest dozwolone
pod warunkiem podania źródła oraz niepobierania za to pieniędzy.
Pytania proszę przesyłać na adres email:
Serwis wykorzystuje pliki cookies. Jeśli nie chcesz ich otrzymywać, zablokuj je w swojej przeglądarce.
Informacje dodatkowe.
