Декодер для 7-сегментного индикатора / Хабр

7-сегментный индикатор

7-сегментный индикатор — один из самых популярных и простых видов отображение арабских цифр и других символов. Запатентованный еще в 1910 Фрэнком Вудом, он остается востребованным и по сей день.

Так как чаще всего в подобных индикаторах используются светодиоды, а как известно у них есть катод и анод, следовательно, и сами дисплеи делятся на 2 подтипа: с общим катодом и с общим анодом. Отличия минимальные, но иногда есть случаи, когда есть один более приоритетный вариант.

Индикатор представляет собой набор светодиодов с объединенным либо анодом, либо катодом, в зависимости от типа. Как мы можем заметить, можно управлять каждым сегментом в отдельности.

Допустим, для примера мы возьмем дисплей с общим катодом. Давайте попробуем вывести несколько цифр на дисплей. Для начала возьмем 0; для того, чтобы вывести нам надо подключить пины 7, 6, 4, 2, 1, 9 (a, b, c, d, e, f — соответственно) к «+» питания, и не забываем про резисторы, чтобы светодиоды не перегорели; если вы используете питание 5V, то будет достаточно подключить резистор на 330Ohm от пина 3, 8 к GND. И вот, на индикаторе можно наблюдать 0. Также можно вывести 1; подключаем пины 6, 4 (b, c) к положительному контакту питания и можно видим единичку на дисплее. Остальные цифры выводятся аналогично.

Возникающие проблемы

Мы разобрались, как можно выводить различные символы на индикатор, но представим, что у нас есть какое-то электронное устройство, которое должно считать числа, и для удобства мы хотим использовать индикатор, но вот незадача, у нас осталось всего 4 свободных I/0 линии, или мы намеренно хотим это оптимизировать, чтобы не писать код на микроконтроллере для представления цифр на экране или более удобным для нас способом. Напомню, при простом подключении необходимо 8 таких линий.

Кодирование

Так как самая привычная для нас система счисления это десятичная, то будем использовать ее и цифры от 0 до 9. При желании также можно продолжить и для 16-ричной системы. Поскольку у нас все строится пока что на 5V логике, то было бы странно не использовать двоичную систему счисления. У нас есть 10 цифр, следовательно, нам нужно минимум 4 бита для представления всех возможных вариантов. Для удобства предлагаю сделать таблицу.

Decimal	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Binary	0000	0001	0010	0011	0100	0101	0110	0111	1000	1001

Представим, что у нас есть 4-bit шина, по которой наше устройство передает сигнал в двоичном представлении. Теперь надо декодировать и передать его на дисплей.

Декодирование

Использование двоичной системы счисления, предпологает использование булевой логики. Поэтому будет целесообразно использовать ее. Поэтому для начала мы сделаем таблицу истинности для декодера.

Пока что мы будем использовать простую шину из 4 проводов, по каждому из которых будет передаваться сигнал. В нашем случае 5V — логическая единица, а GND — логический нуль. В таблице первый столбец только для ясности, какую цифру мы хотим отобразить. Исходя из этой таблицы нам надо создать устройство, которое при входных значениях в шине, на выходе выдавало бы 7 значений для индикатора. Для этого, мы будем использовать операции над булевыми значениями: конъюнкция (и, &), дизъюнкция (или, |), отрицание (не, ¬). Итак, приступим к созданию цепи логических вентилей.

Цепь для сегмента ‘а’

Из таблицы истинности видно, что сегмент а должен быть включен всегда, кроме цифры 1 и 4. Для упрощения можно сделать так, чтобы логическая единица была только в этих 2 состояниях, и на выход добавить логическое НЕ. Тогда у нас всегда будет 1, кроме 2-ух состояний. Вот схема:

Я добавил дополнительную инвертированную шину для удобства и наглядности.

На выходе должен быть логический 0 при входных значениях 0 0 0 1 и 0 1 0 0 (на линиях 3, 2, 1, 0 соответственно). Поэтому я взял не инвертированную первую линию, а все остальные инвертированные, и получилось, что 0 0 0 1 трансформируется в 1′ 1′ 1′ 1 ( ‘ — инвертированный сигнал), после все эти сигналы группируются в один общий, который идет в вентиль ИЛИ-НЕ, который на конце и инвертирует логическую 1 в 0, чтобы при этих входных параметрах сегмент а не был включен. То же самое проделывается для другого случая: 0 1 0 0 преобразуется в 1′ 1 1′ 1′ и также идет в тот же вентиль ИЛИ-НЕ, как и при первом случае.

По такой схеме делаются остальные модули для других сегментов индикатора. В итоге у вас должно получиться нечто подобное:

Улучшение

Данная схема полностью рабочая, но в ней много повторяющихся элементов, и она будет занимать слишком много места, даже если делать отдельную интегральную схему. Поэтому ее стоит доработать.

Для начала, взглянем на таблицу истинности. Можно заметить, что для сегмента е больше логических 0, так что для него, можно не инвертировать выход (!! — двойное отрицание, то есть ничего не меняем). Также использование одного и того же модуля для цифры 1 происходит 4 раза! А для цифры 9 можно не делать модуль вообще (количество повторений одного модуля для цифры вынесено в последнюю колонку). Это существенная трата пространства и логических вентилей. После реинжинеринга, на выходе будет примерно такая схема:

Реализация

Есть три способа воплотить данный декодер в жизнь.

1. Из готовых микросхем логических вентилей, например серия микросхем 74HCxx. Данный способ самый простой, не самый практичный, но вполне допустимый. Также его будет просто модернизировать для n-разярдных индикаторов. И отлично подходит для тестов.

2. Более сложный, но более «крутой» способ, создание всех логических вентилей на ТТЛ, отлично подойдут транзисторы BC546 и его комплементарная пара BC556. Этот способ потребует дополнительного создания схемы на транзисторах, для их корректной работы. Будет занимать больше пространства, но можно сделать прозрачный корпус и поставить на полочку. Ведь применение ТТЛ в наше время, дело совсем незаурядное.

3. Промышленный способ — изготовление полноценных кремниевых интегральных схем. Этот способ не самый быстрый, но позволяет наладить массовое производство. НО стоит отметить, что уже давно выпускаются подобные микросхемы, и это будет не слишком целесообразно.

Эпилог

В конце, хотелось отметить, что данный декодер являются не плохой практической работой для тренировки создания логических схем и для понимаю как устроенные простые электронные устройства. Идейным вдохновителем для создания данного исследования стал Ben Eater.

Семисегментный индикатор arduino, подключение, принцип работы

Содержание:

Семисегментный индикатор – прибор для показа определенной информации в цифровом виде. Для букв применяются более сложные устройства, например матричные или многосегментные. Семисегментный тип состоит из семи отдельных элементов, которые называются сегментами. Регулируя их включение и выключение составляется изображение цифры. Цифры могут быть наклонены, что нужно для показа точки.

Такие сегменты просты по своей конструкции и принципу работы. Это снижает их стоимость и позволяет использовать в самых различных сферах, в том числе и в домашней бытовой. В статье будет рассказано подробным образом о том, как они работают, как устроены и для чего они нужны. Бонусом к статье прилагаются два видеоролика и скачиваемый файл с практикой применения семисегментных индикаторов.

Простой семисегментный индикатор

История изобретения

В 1910 году американским изобретателем Фрэнком Вудом из Ньюпорт-Ньюс, штат Вирджиния, был запатентован индикатор сегментного типа. Его индикатор был восьмисегментным, с дополнительным косым сегментом для отображения цифры “четыре”. Однако, до 1970-х годов семисегментные индикаторы не получили распространение и для отображения цифр применялись вакуумные индикаторы тлеющего разряда.

Наконец, в 1970 году американской компанией RCA был выпущен семисегментный индикатор «Нумитрон» в вакуумном исполнении с сегментами из нитей накаливания. Вслед за распространением семисегментного индикатора, для отображения символов появились четырнадцати и шестнадцати- сегментные индикаторы, но теперь их практически везде заменили матричные знакосинтезирующие индикаторы. Но там, где требуется отображать только цифры, семисегментные индикаторы активно применяются — из-за простоты, низкой стоимости и узнаваемости.

Семисегментный светодиодный индикатор — устройство отображения цифровой информации. Это — наиболее простая реализация индикатора, который может отображать арабские цифры. Для отображения букв используются более сложные многосегментные и матричные индикаторы.

Подключение индикатора на панеле

Современные реализации семисегментного индикатора

В настоящее время, большинство одноразрядных семисегментных индикаторов сделаны на светодиодах. В обычном одноразрядном светодиодном индикаторе девять контактов: один общий и восемь – от каждого из сегментов. Есть схемы с общим анодом и с общим катодом. Многоразрядные семисегментные индикаторы чаще выпускаются либо по светодиодной технологии, либо на жидких кристаллах. Выводы всех одноимённых сегментов всех разрядов таких индикаторах соединены вместе, а общие выводы каждого разряда выведены отдельно.

[stextbox id=’info’]Для управления таким индикатором, управляющая микросхема циклически подает напряжение на общие выводы всех разрядов, одновременно на выводы сегментов выставляется код из семи нулей и единиц. Таким образом, например, восьмиразрядный индикатор, имеет всего шестнадцать выводов вместо шестидесяти четырех.[/stextbox]

Устройство

В настоящее время для отображения информации всё чаще используются графические дисплеи, однако, семисегментные индикаторы также не утратили своего значения. Если требуется лишь отображение чисел, то они могут стать более предпочтительным вариантом, т.к. просты в управлении и могут использоваться совместно с любым микроконтроллером с достаточным количеством выводов. Жидкокристаллические семисегментные индикаторы обладают сверхнизким энергопотреблением (например, в электронных часах, вместе со схемой управления работают от одной батарейки в течении нескольких лет).

Рассмотрим пример разработки схемы дешифратора из двоичного кода в десятичный. Десятичный код обычно отображается одним битом на одну десятичную цифру. В десятичном коде десять цифр, поэтому для отображения одного десятичного разряда требуется десять выходов дешифратора. Сигнал с этих выводов можно подать на десятичный индикатор. В простейшем случае над светодиодом можно просто подписать индицируемую цифру.Таблица истинности десятичного дешифратора приведена ниже.

На этой странице будем вести речь о светодиодных семисегментных индикаторах. Они имеют предельно простую конструкцию, дёшевы, надёжны. Обеспечивают высокую яркость и контрастность отображаемой информации. Существует большое разнообразие индикаторов: с разным цветом свечения сегментов, разного размера, отличающиеся схемой подключения светодиодов (с общим катодом или общим анодом). При необходимости отображения нескольких разрядов можно установить несколько одноразрядных индикаторов рядом на печатной плате либо выбрать нужный вариант многоразрядного индикатора.

Своё название семисегментные индикаторы получили в связи с тем, что изображение символа формируется с помощью семи отдельно управляемых (подсвечиваемых светодиодом) элементов – сегментов. Эти элементы позволяют отобразить любую цифру 0..9, а также некоторые другие символы, например: ‘-‘, ‘A’, ‘b’, ‘C’, ‘d’, ‘E’, ‘F’ и другие.

Это даёт возможность использовать индикатор для вывода положительных и отрицательных десятичных и шестнадцатеричных чисел и даже текстовых сообщений. Обычно индикатор имеет также восьмой элемент – точку, используемую при отображении чисел с десятичной точкой. Сегменты индикатора обозначают буквами a, b, …, g (a – верхний элемент, далее буквы присваиваются сегментам по часовой стрелке; g – центральный сегмент; dp – точка). 8 независимых элементов, каждый из которых может находиться в одном из двух состояний – горит или не горит, дают всего 2**8=256 возможных комбинаций. Или 128 комбинаций, каждая из которых может быть с горящей точкой или без неё.

Семисегментный индикатор из четырех элементов

Что такое семисегментный светодиодный индикатор

Семисегментный светодиодный индикатор, как говорит его название, состоит из семи элементов индикации (сегментов), включающихся и выключающихся по отдельности. Включая их в разных комбинациях, из них можно составить упрощённые изображения арабских цифр. Сегменты обозначаются буквами от A до G; восьмой сегмент — десятичная точка (decimal point, DP), предназначенная для отображения дробных чисел. Изредка на семисегментном индикаторе отображают буквы.

Семисегментные светодиодные индикаторы бывают разных цветов, обычно это белый, красный, зеленый, желтый и голубой цвета. Кроме того, они могут быть разных размеров. Также, светодиодный индикатор может быть одноразрядным (как на рисунке выше) и многоразрядным. В основном в практике используются одно-, двух-, трех- и четырехразрядные светодиодные индикаторы:

Отображение букв на семисегментном индикатореКроме десяти цифр, семисегментные индикаторы способны отображать буквы. Но лишь немногие из букв имеют интуитивно понятное семисегментное представление.

В латинице: заглавные A, B, C, E, F, G, H, I, J, L, N, O, P, S, U, Y, Z, строчные a, b, c, d, e, g, h, i, n, o, q, r, t, u.

В кириллице: А, Б, В, Г, г, Е, и, Н, О, о, П, п, Р, С, с, У, Ч, Ы (два разряда), Ь, Э/З.

Поэтому семисегментные индикаторы используют только для отображения простейших сообщений.

Всего семисегментный светодиодный индикатор может отобразить 128 символов:

Схема подключения

Как работают

В обычном светодиодном индикаторе девять выводов: один идёт к катодам всех сегментов, а остальные восемь — к аноду каждого из сегментов. Эта схема называется «схема с общим катодом», существуют также схемы с общим анодом (тогда все наоборот). Часто делают не один, а два общих вывода на разных концах цоколя — это упрощает разводку, не увеличивая габаритов. Есть еще, так называемые «универсальные», но я лично с такими не сталкивался. Кроме того существуют индикаторы со встроенным сдвиговым регистром, благодаря чему намного уменьшается количество задействованных выводов портов микроконтроллера, но они намного дороже и в практике применяются редко. А так как необъятное не объять, то такие индикаторы мы пока рассматривать не будем (а ведь есть еще индикаторы с гораздо большим количеством сегментов, матричные).

Многоразрядные светодиодные индикаторы часто работают по динамическому принципу: выводы одноимённых сегментов всех разрядов соединены вместе. Чтобы выводить информацию на такой индикатор, управляющая микросхема должна циклически подавать ток на общие выводы всех разрядов, в то время как на выводы сегментов ток подаётся в зависимости от того, зажжён ли данный сегмент в данном разряде.

[stextbox id=’info’]При этом следует учитывать, что если индикатор с общим катодом, то его общий вывод подключается к «земле», а зажигание сегментов происходит подачей логической единицы на вывод порта.[/stextbox]

Материал по теме: Как подключить конденсатор

Если индикатор с общим анодом, то на его общий провод подают «плюс» напряжения, а зажигание сегментов происходит переводом вывода порта в состояние логического нуля. Подключение семисегментного индикатора к микроконтроллеру. Осуществление индикации в одноразрядном светодиодном индикаторе осуществляется подачей на выводы порта микроконтроллера двоичного кода соответствующей цифры соответствующего логического уровня (для индикаторов с ОК — логические единицы, для индикаторов с ОА — логические нули).

Токоограничительные резисторы могут присутствовать в схеме, а могут и не присутствовать. Все зависит от напряжения питания, которое подается на индикатор и технических характеристик индикаторов. Если, к примеру, напряжение подаваемое на сегменты равно 5 вольтам, а они рассчитаны на рабочее напряжение 2 вольта, то токоограничительные резисторы ставить необходимо (чтобы ограничить ток через них для повышенного напряжении питания и не сжечь не только индикатор, но и порт микроконтроллера). Рассчитать номинал токоограничительных резисторов очень легко, по формуле дедушки Ома. К примеру, характеристики индикатора следующие (берем из даташита):

• рабочее напряжение — 2 вольта
• рабочий ток — 10 мА (=0,01 А)
• напряжение питания 5 вольт

Подключение на практике

Подключение многоразрядного семисегментного индикатора к микроконтроллеру

Схема подключения многоразрядного семисегментного светодиодного индикатора в основном та-же, что и при подключении одноразрядного индикатора. Единственное, добавляются управляющие транзисторы в катодах (анодах) индикаторов. Осуществление индикации разрядами осуществляется динамическим путем:

• выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 1 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор первого разряда
• выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 2 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор второго разряда
• выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 3 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор третьего разряда
• итак по кругу

При этом надо учитывать:

• для индикаторов с ОК применяется управляющий транзистор структуры NPN (управляется логической единицей)
• для индикатора с ОА — транзистор структуры PNP (управляется логическим нулем)

При низковольтном питании микроконтроллера и маломощных светодиодных индикаторах, в принципе, можно отказаться от использования в схеме и токоограничительных резисторов, и управляющих транзисторах — подключать выводы индикатора непосредственно к выводам портов микроконтроллера, так как при динамической индикации ток потребления сегментами уменьшается. При этом следует учитывать, что разряды при применении индикаторов с ОК управляются логическим нулем, а индикаторы с ОА — логической единицей.

Статическая индикация

В том случае, если светодиоды в индикаторе имеют соединённые вместе аноды (схема с общим анодом), общий анод подключается к источнику напряжения +V_DD, а катоды светодиодов – сегментов подключаются к схеме управления (например, микроконтроллеру), которая отвечает за формирование изображения на индикаторе. Зажигаются сегменты низким уровнем (логический 0) на выводе схемы управления.

По отношению к схеме управления ток светодиодов является втекающим, так что могут использоваться интегральные схемы, которые имеют выходы с открытым стоком. Изменяя величину питающего индикатор напряжения V_DD, можно регулировать яркость свечения.

Если в индикаторе соединены вместе катоды (схема с общим катодом), то общий катод подключается к общему проводу схемы, а аноды светодиодов подключаются к схеме управления.

В этом случае сегмент зажигается высоким уровнем на выходе схемы управления, для которой ток светодиода является вытекающим, что не позволяет использовать выходы с открытым стоком, необходим выход, выполненный по двухтактной схеме.

Регулировать яркость можно, подключив общий вывод индикатора к источнику смещающего напряжения 0..V_DD, рассчитанного на втекающий ток, например к эмиттерному повторителю на транзисторе структуры p-n-p. Увеличивая смещение, будем уменьшать яркость свечения.

Интересно по теме: Как проверить стабилитрон.

В спецификации на индикатор указывается потребляемый одним сегментом ток. Обычно это величина порядка нескольких мА и нагрузочной способности выводов большинства микроконтроллеров достаточно для управления индикатором. Если используется микроконтроллер с малым выходным током выходов или если используется индикатор с большим током (например, большого размера или рассчитанный на работу при ярком внешнем освещении), то подключение осуществляется через драйвер – интегральную микросхему, содержащую набор повторителей или инверторов с мощными выходами.

[stextbox id=’info’]Также можно использовать транзисторы в качестве ключей для управления индикатором.[/stextbox]

Как и любой светодиод (также это относится и к обычным диодам), светодиоды сегментов имеют очень резкую зависимость тока от напряжения на светодиоде. Поэтому требуется стабилизация тока через эти светодиоды для обеспечения работы в номинальном режиме. Обычно используется простейший способ – последовательное включение задающих ток резисторов.

При выборе номинала резисторов следует учитывать падение напряжения на светодиоде в выбранном режиме работы. Эту величину можно уточнить в спецификации на индикатор. Падение напряжения на светодиоде существенно больше, чем на обычном диоде.

Например, для индикаторов FYQ-3641Ax/Bx падение напряжения на светодиоде в зависимости от материала, цвета свечения составляет от 1.6 до 2 В при токе 5 мА и от 1.8 до 2.4 В при токе 30 мА (30 мА – максимально допустимый ток через светодиод для данного индикатора в непрерывном режиме).

Так как возможен разброс значений для разных устройств даже одного типа (в меньшей степени, но есть разброс между характеристиками светодиодов и в пределах одного индикатора), а кроме того, падение напряжения зависит от температуры, поэтому параметры схемы должны обеспечивать достаточную стабильность тока при изменении падения напряжения на светодиоде.

Для случая, когда ток задаётся с помощью резистора это означает, что падение напряжения на резисторе должно быть много больше возможных отклонений напряжения на светодиоде от среднего значения. Предположим, что требуется обеспечить ток через светодиод 5 мА, при этом напряжение на светодиоде составляет в среднем 1.8 В.

При напряжении источника 3.3 В падение напряжения на резисторе составит 3. 3-1.8=1.5 В; значит сопротивление резистора R1=1.5 В/5 мА=300 Ом. Если в результате разброса параметров или в результате изменения температуры, или по иным причинам, возможно отклонение напряжения на светодиоде в пределах 1.6..2.0 В (±0.2 В от расчётного значения 1.8 В), это вызовет отклонение тока от расчётного значения не более ±0.7 мА или не более 14%. В большинстве практических случаев это достаточная точность для питания цепей светодиодных индикаторов, хотя ещё следует учесть нестабильность питающего напряжения, неидеальность цифровых ключей, допуск резистора.

При напряжении источника 5 В падение напряжения на резисторе составит 5-1.8=3.2 В; значит сопротивление резистора R2=3.2 В/5 мА=640 Ом, выбираем 620 Ом – ближайшее значение из ряда E24. В этом случае отклонение напряжения на светодиоде ±0.2 В вызовет отклонение тока от расчётной величины порядка ±0.3 мА или не более чем ±7%. Получили точность заданного тока лучшую, чем в первом случае. Это вполне ожидаемый результат – увеличивая напряжение источника и его сопротивление, мы делаем его более близким к идеальному источнику тока.

семисегментный индикатор

Если задаться предельно допустимой точностью тока ±20%, можем получить, что минимальное питающее напряжение составляет 2.8 В, при этом сопротивление ограничивающего ток резистора равно 200 Ом. Для формирования изображения символа на индикаторе используют таблицу, которая ставит в соответствие коду символа набор отображаемых сегментов.

Набор сегментов, формирующих символ, рассматривается как двоичное число, сегменту A соответствует младший бит числа. Если бит числа равен 0, то соответствующий сегмент не зажигается при отображении символа, а если равен 1, то зажигается. В таблице также приводится запись числа, определяющего набор зажигаемых сегментов, в шестнадцатеричной форме.

Заключение

Рейтинг автора

Написано статей

Принцип работы семисегментных индикаторов можно более подробно изучить из статьи Устройство семисегментного индикатора. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте.

Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

www.microkontroller.ru

www.led-displays.ru

www.rotr.info

www.rfanat.qrz.ru

Следующая

ИндикаторыЧто такое газоразрядные индикаторы

BCD в декодер 7-сегментного дисплея

Содержание

Введение

Цифровой или двоичный декодер представляет собой цифровую комбинационную логическую схему, которая может преобразовывать одну форму цифрового кода в другую форму.

Декодер BCD для 7-сегментного дисплея представляет собой специальный декодер, который может преобразовывать двоично-десятичные числа в другую форму, которая может быть легко отображена на 7-сегментном дисплее .

BCD

BCD означает двоично-десятичное число . Это цифровая система счисления, в которой мы можем представить каждое десятичное число, используя 4 бита двоичного числа.

В десятичной системе 10 цифр. Чтобы представить все 10 цифр, нам нужно 10 комбинаций из 4 двоичных битов.

Цифровая система, такая как компьютер, может понять и легко прочитать большое число в двоичном формате. Однако человек не может читать большие двоичные числа. Чтобы решить эту проблему, нам нужно отобразить его как десятичную цифру, используя 7-сегментный дисплей.

7-сегментный дисплей

Это цифровое устройство, которое можно использовать для отображения десятичных чисел, алфавитов и символов.

7-сегментный дисплей содержит 7 светодиодов сегментов , расположенных в форме, показанной на рисунке выше. Как правило, в 7-сегментном дисплее имеется 8 входных контактов. 7 входных контактов для каждого из 7 светодиодов и один контакт для общей клеммы.

Related Posts:

• Двоичный кодировщик – конструкция, типы и применение
• Двоичный умножитель – Калькулятор типов и двоичного умножения

Существует два типа 7-сегментных дисплеев.

Общий катод

В таком 7-сегментном дисплее все катоды 7 светодиодов соединены вместе, образуя общий вывод. Во время работы он должен быть подключен к GND или логическому «0».

Для включения любого светодиода дисплея необходимо подать логическую «1» на соответствующий входной контакт.

Общий анод

Тип 7-сегментного дисплея, в котором все анодные выводы 7 светодиодов соединены вместе, образуя общий анодный вывод. Этот терминал должен быть подключен к Vcc или логической «1» во время работы.

Для освещения любого из светодиодных сегментов нам необходимо подать на него логический «0».

• Запись по теме: Семисегментный дисплей: типы 7-сегментных дисплеев, работа и приложения

Работа 7-сегментный дисплей (светодиодный и ЖК-дисплей) Цепь

7 светодиодных сегментов дисплея и их контакты « a», «b», «c», «d», «e», « f” и “g” , как показано на рисунке ниже. Каждый из контактов будет освещать только определенный сегмент.

В качестве примера мы используем сегмент светодиода с общим катодом.

Предположим, мы хотим отобразить цифру «0», чтобы отобразить 0, нам нужно включить «a», «b», «c», «d», «e», «f». & выключите «g». который будет выглядеть как рисунок, приведенный ниже.

7-сегментный дисплей Сегменты для всех чисел

Отображение комбинации десятичных чисел приведено ниже.

Цифра 1 : для отображения цифры 1 нам нужно включить сегменты b, c. и выключите светодиодные сегменты a, d, e, f и g. Эта конфигурация приведет к отображению, как показано на рисунке ниже.

Статья по теме: MUX — цифровой мультиплексор | Типы, конструкция и применение

Цифра 2

: для отображения цифры 2 нам нужно включить сегменты a, b, d, e, g. и выключите светодиодные сегменты c, f. Эта конфигурация приведет к отображению, как показано на рисунке ниже.

Цифра 3 : для отображения цифры 3 нам нужно включить сегменты a, b, c, d, g. и выключите светодиодные сегменты e, f. Эта конфигурация приведет к отображению, как показано на рисунке ниже.

Цифра 4 : для отображения цифры 4 нам нужно включить сегменты b, c, f, g. и выключите светодиодные сегменты a, d, e. Эта конфигурация приведет к отображению, как показано на рисунке ниже.

Цифра 5 : для отображения цифры 5 нам нужно включить сегменты a, c, d, f, g. и выключите светодиодные сегменты b, e. Эта конфигурация приведет к отображению, как показано на рисунке ниже.

Цифра 6 : для отображения цифры 6 нам нужно включить сегменты a, c, d, e, f, g. и выключите светодиодные сегменты b. Эта конфигурация приведет к отображению, как показано на рисунке ниже.

Цифра 7 : для отображения цифры 7 нам нужно включить сегменты a, b, c.

и выключите светодиодные сегменты d, e, f, g. Эта конфигурация приведет к отображению, как показано на рисунке ниже.

• Статья по теме: DEMUX — демультиплексор | Типы, конструкция и применение

Цифра 8 : для отображения цифры 8 нам нужно включить только сегменты a, b, c, d, e, g. Эта конфигурация приведет к отображению, как показано на рисунке ниже.

Цифра 9 : для отображения цифры 2 нам нужно включить сегменты a, b, c, d, f, g. и выключите светодиодные сегменты e. Эта конфигурация приведет к отображению, как показано на рисунке ниже.

Чтобы отобразить эти цифры с помощью двоичных чисел, нам нужно декодировать эти двоичные числа в комбинацию, используемую для каждого шаблона или отображения с помощью декодера.

Связанный пост: Двоичный сумматор и вычитатель — конструкция, типы и приложения

Таблица истинности

Предположим, общий катод 7-сегментный дисплей. Предположим, что двоичный ввод ABCD в декодер и вывод a, b, c, d, e, f и g для дисплея.

Упрощение карт Карно

Для других комбинаций ввода вывод « все равно X », так как больше не нужно отображать цифры. Мы получим выражение для каждого выхода, используя карту Карно (K-MAP).

Для выхода а:

For output b:

For output c:

For output d:

For output e:

для вывода F:

для выхода G:

Также читайте:

• Кольцевой счетчик и противодействие Johnson — Construction & Operation

  .0052

• Цифровые триггеры — триггеры SR, D, JK и T

Схема декодера 7-сегментного дисплея

Мы получили выражение для каждого выхода, теперь нам нужно сделать его схему, используя логические вентили, как показано на рисунке ниже. Рис. Схема дешифратора BCD для 7-сегментного дисплея .

Ниже приведена обновленная версия схемы BCD для декодера 7-сегментного дисплея (входы ABCD заменены на WXYZ).

Нажмите на изображение, чтобы увеличить

BCD до 7-сегмента декодер IC & PIN OUTS

7447 BCD для 7-сегментного декодера

Используется IC BCD. 7447 . Конфигурация выводов 7447 представлена ​​на рисунке ниже.

Читайте также:

• Компаратор и цифровой компаратор магнитуд
• Сумма продукта (SOP) и сумма продукта (POS)

Применение BCD к декодеру дисплея

• Эту схему можно использовать как схему таймера.
• С небольшими изменениями его также можно использовать для отображения количества тактовых импульсов.
• Его также можно использовать с модификацией для отображения алфавитной системы отображения вместо десятичной системы отображения.
• 7-сегментный дисплей в основном используется в цифровых часах, электронных счетчиках, одометрах, а также в ЖК-приложениях из-за низкого потребления тока.
• Они также используются в различных измерительных приборах, цифровых часах и цифровых счетчиках

Вы также можете прочитать:

• Цифровая логика и вентиль
• Цифровой логический элемент ИЛИ
• Логический логический элемент НЕ
• Цифровой логический вентиль НЕ-ИЛИ
• Строб Exclusive-NOR (XNOR)
• Цифровой логический вентиль И-НЕ

URL скопирован

Показать полную статью

Связанные статьи

Кнопка «Вернуться к началу»

BCD в 7-сегментный светодиодный дисплей декодера Принципиальная схема и работа

Краткое описание

Введение

Чаще всего семисегментные дисплеи используются для отображения цифр в цифровых часах, калькуляторах, часах, измерительных приборах и цифровых счетчиках и т.

д. , LCD и светодиодные сегменты обеспечивают вывод на дисплей числовых чисел и символов.

[адсенс1]

Однако для отображения символов и чисел (для получения десятичного считывания) чаще всего используются семисегментные дисплеи. В основном эти дисплеи управляются выходными каскадами цифровых ИС (для которых должна выполняться визуальная индикация выходных каскадов), такими как защелки и декадные счетчики и т. д.

Но эти выходы представлены в виде 4-битного двоично-десятичного кода (BCD) и не подходят для непосредственного управления семисегментным дисплеем

.

Декодер дисплея используется для преобразования двоично-десятичного или двоичного кода в 7-сегментный код. Обычно он имеет 4 строки ввода и 7 строк вывода. Здесь мы разрабатываем простую схему декодера дисплея с использованием логических вентилей.

Несмотря на то, что доступны коммерческие декодеры BCD в 7 сегментов, разработка декодера дисплея с использованием логических вентилей может оказаться выгодной как с экономической, так и с точки зрения знаний.

Вернуться к началу

Принцип работы схемы декодера дисплея

Основная идея заключается в управлении 7-сегментным светодиодным дисплеем с общим катодом с использованием комбинационной логической схемы. Логическая схема имеет 4 входа и 7 выходов, каждый из которых представляет собой вход для ИС дисплея. Используя карту Карноу, разработана логическая схема для каждого входа дисплея.

Связанный пост: Индикатор уровня воды с использованием микроконтроллера AVR

Теория схемы:

Первым и главным аспектом этой схемы является декодер. Декодер представляет собой комбинационную схему, которая используется для преобразования двоичного или двоично-десятичного числа в соответствующее десятичное число. Это может быть простой двоично-десятичный декодер или двоично-десятичный декодер в 7-сегментный.

[адсенс2]

Другим важным разделом является комбинационная логическая схема. Комбинационная логическая схема представляет собой систему логических вентилей, состоящую только из выходов и входов. Выход комбинационной логической схемы зависит только от текущего состояния входов и больше ни от чего. Лучшими примерами таких схем являются кодеры и декодеры, мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры, вычитатели и т. д.

Чтобы понять устройство и работу этих логических схем, нужно хорошо разбираться в булевой алгебре и логических элементах. Например, необходимо соблюдать несколько основных правил булевой алгебры: дополнительный закон, ассоциативный закон, закон Де-Моргана и т. д. . Семисегментный дисплей с общим катодом состоит из 8 контактов — 7 входных контактов, помеченных от «a» до «g», и 8

-й контакт в качестве общего контакта заземления.

Вернуться к началу

Схема декодера 7-сегментного дисплея

Этап 1: Первый этап проектирования включает анализ 7-сегментного дисплея с общим катодом. 7-сегментный дисплей состоит из расположения светодиодов в форме буквы «Н». Таблица истинности строится с комбинацией входных данных для каждого десятичного числа. Например, десятичное число 1 будет командовать комбинацией b и c (см. диаграмму, приведенную ниже).

7-сегментный светодиодный индикатор

Ссылка на ресурс изображения: www.thelearningpit.com

Шаг 2: Второй шаг включает построение таблицы истинности, включающей 7 входных сигналов дисплея, десятичное число и соответствующие 4-значные двоичные числа.

Таблица истинности конструкции декодера зависит от типа 7-сегментного дисплея. Как мы упоминали выше, для семисегментного дисплея с обычным катодом выход декодера или драйвера сегмента должен иметь активный высокий уровень, чтобы сегмент светился.

На рисунке ниже показана таблица истинности двоично-десятичного декодера для семисегментного декодера с дисплеем с общим катодом. В таблице истинности есть 7 различных выходных столбцов, соответствующих каждому из 7 сегментов.

Предположим, что столбец для сегмента a показывает различные комбинации, для которых он должен быть освещен. Таким образом, «a» активен для цифр 0, 2, 3, 5, 6, 7, 8 и 9.0003

a = F1 (A, B, C, D) = ∑m (0, 2, 3, 5, 7, 8, 9)

b = F2 (A, B, C, D) = ∑m ( 0, 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9)

c = F3 (A, B, C, D) = ∑m (0, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9)

d = F4 (A, B, C, D) = ∑m (0, 2, 3, 5, 6, 8)

e = F5 (A, B, C, D) = ∑m ( 0, 2, 6, 8)

f = F6 (A, B, C, D) = ∑m (0, 4, 5, 6, 8, 9)

g = F7 (A, B, C, D) = ∑m (2, 3, 4, 5, 6, 8, 9)

Шаг 3: Третий шаг включает построение карты Карно для каждого выходного члена, а затем их упрощение для получения логической комбинации входных данных. для каждого выхода.

Упрощение K-карты

На рисунках ниже показано упрощение k-карты для семисегментного декодера с общим катодом для разработки комбинационной схемы.

 

Из вышеприведенного упрощения мы получаем выходные значения как

. После выполнения задачи можно нарисовать комбинационную логическую схему, используя 4 входа (A, B, C, D) и 7-сегментный дисплей (a, b, c, d, e, f, g) в качестве вывода.

 

Вернуться к началу

Работа схемы декодера дисплея

Работа схемы может быть понята с помощью самой таблицы истинности. Когда все входы подключены к низкой логике, выход схемы комбинационной логики будет таким, чтобы все выходные светодиоды, кроме «g», были переведены в состояние проводимости. Таким образом, будет отображаться число 0. Аналогичная операция будет иметь место для всех других комбинаций входных переключателей.

Примечание: Также прочитайте интересный пост — Схемы мигания светодиодов

Практически 7-сегментные декодеры BCD доступны в виде интегральных схем, таких как 74LS47. Помимо обычных 4 входных контактов и 7 выходных контактов, он состоит из тестового контакта лампы, используемого для тестирования сегментов, входного контакта гашения пульсаций, используемого для гашения нулей в системах с несколькими дисплеями, выходного контакта гашения пульсаций, используемого для каскадных целей, и входного контакта гашения.