Azotirovanie.ru

Инженерные системы и решения
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Счетчики импульсов с семисегментными индикаторами

Счетчики импульсов с семисегментными индикаторами

Двоичный 7-разрядный счётчик с десятичным индикатором

Мы уже привыкли к тому, что для построения счетного узла частотомера или другого прибора или устройства, в котором должна осуществляться десятичная индикация, применяются двоично-десятичные счетчики совместно с двоично-десятичными дешифраторами. Но такая схема не всегда удобна с точки зрения схемотехники. В некоторых случаях удобнее, а иногда и просто необходимо, чтобы счетчик работал по двоичной логике. Но здесь возникает проблема с десятичной индикации числа сосчитанных импульсов.


Применение двух параллельных счетчиков, — одного двоичного и другого двоично-десятичного, работающих синхронно, может решить проблему, но потребует существенного усложнения схемы.

Более просто поставленная задача решается если в качестве дешифраторов применить ППЗУ, запрограммированные нужным образом. Можно получить прямое преобразование двоичного числа в набор кодов для управления светодиодными 7-сегментными индикаторами.

Если нужно преобразовать четырехразрядный двоичный код в набор кодов для семисегментного индикатора, обычно берут К155РЕЗ. Но если разрядов больше, например семь, такая схема не годится. Требуется две-три ППЗУ, имеющих семь входов и семь выходов. Но такие ППЗУ относительно дороги и их применение не всегда оправдано. Более дешевые, типа К556РТ4 имеют всего четыре выхода, и в такой схеме, с их помощью можно только преобразовать двоичный код в двоично-десятичный, а это потребует еще и двух-трех дешифраторов.

На рисунке в тексте показана схема аналогичного узла, в котором преобразование двоичного семиразрядного кода с выходов счетчика, производится при помощи двух доступных ППЗУ К556РТ4, в набор кодов для управления семисегментными индикаторами. Это стало возможным благодаря применению динамической индикации.

Двоичный код с выходов счетчика D3 поступает одновременно на входы обеих ППЗУ D1 и D2. ППЗУ D1 обслуживает сегменты «A-D», а ППЗУ D2 — «E-G» и дополнительную единицу в третьем разряде Н3 (для индикации «100-128»). Восьмые входы ППЗУ используются для переключения программных групп, одна из которых управляет младшим разрядом (Н1), а другая — двумя старшими. С этой целью на восьмые входы ППЗУ подаются прямоугольные импульсы с выхода мультивибратора на элементах D4.1 и D4.2. Частота их следования существенного значения не имеет, в данном случае, она около 1 кГц. С выхода того же мультивибратора импульсы поступают на инверторы D4.3 и D4.4, на выходах которых попеременно появляются логические нули, управляющие, посредством VT1 и VT2, питанием индикаторов.

Кроме функции инверсии логические элементы D4.3 и D4.4 могут служить для выключения / включения индикации (например, если данный счетчик работает в составе частотомера, или другого устройства, в котором нужно управлять индикацией). При подаче на соединенные вместе выводы 9 и 13 D4.3 и D4.4 логической единицы индикация включается, при подаче низкого логического уровня — выключается.

Светодиодные семисегментные индикаторы

Наверняка вы уже видели индикаторы – "восьмёрки". Это и есть семисегментный светодиодный индикатор, который служит для отображения цифр от 0 до 9, а также децимальной точки (DP – Decimal point) или запятой.

Конструктивно такое изделие представляет собой сборку светодиодов. Каждый светодиод сборки засвечивает свой знакосегмент.

В зависимости от модели сборка может состоять из 1 – 4 семисегментных групп. Например, индикатор АЛС333Б1 состоит из одной семисегментной группы, которая способна отображать всего лишь одну цифру от 0 до 9.

А вот светодиодный индикатор KEM-5162AS уже имеет две семисегментных группы. Он является двухразрядным. Далее на фото показаны разные светодиодные семисегментные индикаторы.

Светодиодные семисегментные индикаторы

Также существуют индикаторы с 4-мя семисегментными группами – четырёхразрядные (на фото – FYQ-5641BSR-11). Их можно использовать в самодельных электронных часах.

Читайте так же:
Квартирный счетчик импульсов пульсар

Четырёхразрядный индикатор

Как обозначаются семисегментные индикаторы на схемах?

Так как семисегментный индикатор – это комбинированный электронный прибор, то изображение его на схемах мало отличается от его внешнего вида.

Обозначение семисегментного индикатора на принципиальных схемах

Стоит только обратить внимание на то, что каждому выводу соответствует конкретный знакосегмент, к которому он подключен. Также имеется один или несколько выводов общего катода или анода – в зависимости от модели прибора.

Особенности семисегментных индикаторов.

Несмотря на кажущуюся простоту этой детали и у неё есть особенности.

Во-первых, светодиодные семисегментные индикаторы бывают с общим анодом и с общим катодом. Данную особенность следует учитывать при его покупке для самодельной конструкции или прибора.

Вот, например, цоколёвка уже знакомого нам 4-ёх разрядного индикатора FYQ-5641BSR-11.

Цоколёвка семисегментного индикатора FYQ-5641BSR

Как видим, аноды у светодиодов каждой цифры объединены и выведены на отдельный вывод. Катоды же у светодиодов, которые принадлежат к знакосегменту (например, G), соединены вместе. От того, какую схему соединений имеет индикатор (с общим анодом или катодом) зависит очень многое. Если взглянуть на принципиальные схемы приборов с применением семисегментных индикаторов, то станет ясно, почему это так важно.

Кроме небольших индикаторов есть большие и даже очень большие. Их можно увидеть в общественных местах, обычно в виде настенных часов, термометров, информеров.

Чтобы увеличить размеры цифр на табло и одновременно сохранить достаточную яркость каждого сегмента, используется несколько светодиодов, включенных последовательно. Вот пример такого индикатора – он умещается на ладони. Это FYS-23011-BUB-21.

Индикатор FYS-23011-BUB-21

Один его сегмент состоит из 4 светодиодов, включенных последовательно.

Цоколёвка индикатора FYS-23011

Чтобы засветить один из сегментов (A, B, C, D, E, F или G), нужно подать на него напряжение в 11,2 вольта (2,8V на каждый светодиод). Можно и меньше, например, 10V, но яркость тоже уменьшится. Исключение составляет децимальная точка (DP), её сегмент состоит из двух светодиодов. Для неё нужно всего 5 — 5,6 вольт.

Работа семисегментного индикатора на светодиодах

Также в природе встречаются двухцветные индикаторы. В них встраиваются, например, красные и зелёные светодиоды. Получается, что в корпус встроено как бы два индикатора, но со светодиодами разного цвета свечения. Если подать напряжение на обе цепи светодиодов, то можно получить жёлтый цвет свечения сегментов. Вот схема соединений одного из таких двухцветных индикаторов (SBA-15-11EGWA).

Двухцветный семисегментный индикатор

Если коммутировать выводы 1 ( RED ) и 5 ( GREEN ) на "+" питания через ключевые транзисторы, то можно менять цвет свечения отображаемых чисел с красного на зелёный. А если же одновременно подключить выводы 1 и 5, то цвет cвечения будет оранжевым. Вот так можно баловаться с индикаторами .

Управление семисегментными индикаторами.

Для управления семисегментными индикаторами в цифровых устройствах используют регистры сдвига и дешифраторы. Например, широко распространённый дешифратор для управления индикаторами серии АЛС333 и АЛС324 – микросхема К514ИД2 или К176ИД2. Вот пример.

А для управления современными импортными индикаторами обычно используются регистры сдвига 74HC595. По идее, управлять сегментами табло можно и напрямую с выходов микроконтроллера. Но такую схему используют редко, так как для этого требуется задействовать довольно много выводов самого микроконтроллера. Поэтому для этой цели применяются регистры сдвига. Кроме этого, ток, потребляемый светодиодами знакосегмента, может быть больше, чем ток, который может обеспечить рядовой выход микроконтроллера.

Для управления большими семисегментными индикаторами, такими как, FYS-23011-BUB-21 применяются специализированные драйверы, например, микросхема MBI5026.

Что внутри семисегментного индикатора?

Ну и немного вкусненького. Любой электронщик не был бы таковым, если бы не интересовался "внутренностями" радиодеталей. Вот что внутри индикатора АЛС324Б1.

Читайте так же:
Супербит смарт счетчик что это

Индикатор АЛС324 в разобранном виде

Чёрные квадратики на основании – это кристаллы светодиодов. Тут же можно разглядеть золотые перемычки, которые соединяют кристалл с одним из выводов. К сожалению, этот индикатор уже работать не будет, так как были оборваны как раз эти самые перемычки . Но зато мы можем посмотреть, что скрывается за декоративной панелькой табло.

Восьмивыводной микроконтроллер управляет тремя семисегментными индикаторами

Для управления тремя семисегментными светодиодными индикаторами, в типичном случае, потребуется 10 линий ввода/вывода, и это без децимальной точки. На первый взгляд, может показаться, что сформулированную в заголовке задачу решить без дешифратора двоичного кода в семисегментный или без параллельно-последовательного сдвигового регистра невозможно.

Вебинар «Новые решения STMicroelectronics в области спутниковой навигации» (17.11.2021)

На Рисунке 1 показано, как сделать схему, управляющую 21 светодиодом из которых сформирован трехразрядный псевдо-семисегментный дисплей.

Листинг ассемблерного кода можно скачать здесь. Программа подойдет для любого 8-выводного микроконтроллера семейства PIC12xx фирмы Microchip.

Кликните для увеличения
ЗАМЕЧАНИЯ:Устанавливать R1 необязательно, т.к. вывод GP3 всегда сконфигурирован входом. Резистор нужен только как страховка, на случай программной ошибки.
Используя 21 сверхъяркий плоский светодиод, расположите их таким образом, чтобы образовать трехразрядный псевдо-семисегментный индикатор.
Рисунок 1.Восьмивыводной микроконтроллер может управлять тремя семисегментными индикаторами.

Этот код можно адаптировать к любому микроконтроллеру, например, Atmel или STMicroelectronics, выполняя следующие шаги:

  1. Создать для 10 чисел таблицу перекодировки в семисегментный код (см. таблицу « Code7Segment »).
  2. Создать таблицу перекодировки для 3×7 значений последовательных конфигураций линий ввода/вывода. В каждой конфигурации в определенный момент времени управляется один светодиод в каждой цифре, т.к. только на одном выходе высокий уровень напряжения и на одном – низкий (см. таблицу « Cfg2LinesOut »).
  3. Создать таблицу перекодировки для 3×7 значений последовательных состояний «1» и «0» линий ввода/вывода, включающих в каждый момент времени только один светодиод в каждой цифре (см. таблицу « Light1LED »).
  4. Подпрограмма DispDigit осуществляет семикратный циклический правый сдвиг семисегментного кода цифры через флаг переноса. При установлении флага переноса, каждый раз вызывается подпрограмма LEDon .
  5. Подпрограмма LEDon активизирует светодиод, связанный с конфигурационным кодом таблицы « Cfg2LinesOut » и зажигает его, в соответствии с кодом состояния, записанным в таблице « Light1LED ». Подпрограмма заканчивается переходом на процедуру критической задержки 1…3 мс. Увеличение этой задержки усилит мерцание светодиодов, а уменьшение снизит яркость их свечения.
  6. Повторяйте шаги 4 и 5 для единиц, десятков и сотен.

На Рисунке 2 показано, как подключить одну семисегментную цифру к микроконтроллеру серии PIC10F2xx, имеющему лишь три линии ввода/вывода. Соответствующий ассемблерный листинг можно скачать отсюда.

Дешифратор для семисегментного индикатора с общим анодом

2. Преобразователь кода для семисегментного индикатора.

3. Дешифратор для 7-сегментного индикатора на микросхеме.

1.Дешифраторы
Я использовал простейшие логические элементы, которые можно сконструировать более сложные устройства, реализующие соответствующие функции. Такими устройствами являются, например, шифраторы и дешифраторы.

Дещифраторы, назваемые также кодерами, могут осуществлять преобразование десятичных чисел (позиционный код) в двоичную систему счисления. Шифратор работает следующим образом: шифратор имеет n входов, в текущий момент времени только на один из которых подается сигнал (это вход будет активным); по номеру активного входа на выходах дешифратора формируется двоичных код, соответствующей позиции активного входа. Например, если активным был пятый вход, то на выходах будет комбинация (за исключением старших нулей): 510=1012.
Дешифратор или декодер выполняет обратную по отношению к шифрованию операцию, т.е. преобразует двоичный код в десятичный. Входы дешифратора служат для подачи двоичных числе, а выходы последовательно нумеруются десятичными числами. При подаче на входы двоичного числа выходной сигнал появляется на выходе, который имеет номер соответствующего десятичного числа.
Существует два типа дешифраторов: логические дешифраторы и дисплейные дешифраторы/формирователи. Логические дешифраторы представляют собой схемы средней интеграции (микросхемы, имеющие с своем составе до 100 ЛЭ), управялемые адресом. Они выбирают и приводят в активное состояние конкретный выход определяемыый адресом. Дешифраторы применяются в структурах выборки адреса запоминающих устройства, разуплотнения маршрутизации данных и т.п.

Читайте так же:
Какие документы должны быть при проверке счетчика

3. Дешифратор на логических элементах

Трехвходовый дешифратор на логических элементах «И» и «НЕ».

4. Преобразователь кода для семисегментного индикатора.

Дешифраторы и дисплейные дишеифраторы/формирователи формируют цифровые коды для семисегментного индикатора, и затем обеспечивают пеердачу кода на формирователь или непосредственно на дисплей. В семисегментном индикаторе десятичных цифр каждый сегмент (их семь) представляет собой отдельный светоизлучающий элемент (используется также буквенная идентификация сегментов, соответственно от a до g). Светящееся изображение цифр или знаков получается при подаче напряжения на определенные сегменты:
Такой преобразователь кода должен удовлетворять таблице истинности, приведенной ниже:


Дешифратор для 7-сегментного индикатора на логических элементах.

Дешифратор для 7-сегментного индикатора на микросхеме.

Данный дешифратор преобразует двоично-десятичный код (binary-decimal code), подаваемый на входы A,B,C,D, в код управления 7-сегментным индикатором. Двоично-десятичный код представляет собой упорядоченный по разрадам набор двоичных чисел, в котором разрядам приписаны следующие «веса» в порядке уменьшения старшинства. D – 8, С – 4, В – 2, A – 1. Поэтому данный код называют также кодом 8-4-2-1. Фактически в этом коде записаны десятичные числа от 0 до 15 во входных переменных таблицы истинности:

Дешифратор кода для 7-сегментного индикатора на микросхеме 7448

Вывод: Исследовал работу шифраторов и дешифраторов

1. Дешифраторы
Используя простейшие логические элементы, можно сконструировать более сложные устройства, реализующие соответствующие функции. Такими устройствами являются, например, шифраторы и дешифраторы.

Шифраторы, назваемые также кодерами, могут осуществлять преобразование десятичных чисел (позиционный код) в двоичную систему счисления. Шифратор работает следующим образом: шифратор имеет n входов, в текущий момент времени только на один из которых подается сигнал (это вход будет активным); по номеру активного входа на выходах дешифратора формируется двоичных код, соответствующей позиции активного входа. Например, если активным был пятый вход, то на выходах будет комбинация (за исключением старших нулей): 510=1012.
Дешифратор или декодер выполняет обратную по отношению к шифрованию операцию, т.е. преобразует двоичный код в десятичный. Входы дешифратора служат для подачи двоичных числе, а выходы последовательно нумеруются десятичными числами. При подаче на входы двоичного числа выходной сигнал появляется на выходе, который имеет номер соответствующего десятичного числа.
Существует два типа дешифраторов: логические дешифраторы и дисплейные дешифраторы/формирователи. Логические дешифраторы представляют собой схемы средней интеграции (микросхемы, имеющие с своем составе до 100 ЛЭ), управялемые адресом. Они выбирают и приводят в активное состояние конкретный выход определяемыый адресом. Дешифраторы применяются в структурах выборки адреса запоминающих устройства, разуплотнения маршрутизации данных и т.п.

Этот тип дешифраторов тоже предназначен для вывода двоичного кода в привычном для нас виде, но для этого он использует специальные индикаторы, цифры которых набираются из сегментов:

Светодиодный семисегментный индикатор

А теперь взглянем на схему такого дешифратора на примере микросхемы К176ИД2:

Как и любой другой дешифратор, микросхема имеет входы для получения двоичного кода (1, 2, 4, 8) и 7 выходов, на которых формируется код в соответствии с расположением сегментов на индикаторе:

Читайте так же:
Код счетчиков метрик аналитики что это

Если, к примеру, подать на вход код 0110, то микросхема установит высокие уровни на выводах А, F, E, D, C, G и в результате мы увидим цифру 6 (двоичный эквивалент ее как раз 0110). Как и простые двоично-десятичные дешифраторы, семисегментные индикаторы бывают разных типов – все зависит от того, для работы с какими типами индикаторов они рассчитаны.

Если индикаторы светодиодные, то дешифратор должен иметь хорошую нагрузочную способность, чтобы выдержать ток светодиода сегмента (К555ИД18), если жидкокристаллические, то выходной ток может быть маленьким, но дешифратор должен уметь выдавать на индикатор противофазный сигнал (К564ИД4). Люминесцентные индикаторы не требуют большого тока и обходятся «постоянкой», но им подавай относительно высокое напряжение (К176ИД2).

Для удобства конструирования всевозможных цифровых шкал (к примеру, часов или частотомеров) дешифраторы могут объединять со счетчиками. Классический пример – К176ИЕ3 и К176ИЕ4:

Достаточно на вход С такого счетчика-дешифратора начать подавать импульсы, как он начнет считать и выводить результат счета на семисегментный индикатор: 0, 1, 2, 3 и т.д. Подали импульс на вход R (сброс) и на индикаторе «0» — счетчик «сбросился». Что примечательно, ИЕ4 умеет считать до 9 (потом снова начинает с нуля), а ИЕ3 – до 6. Идеально для подсчета десятков минут или секунд в электронных часах. Возвращаясь немного назад (точнее, в предыдущую статью), хочу заметить, что и двоично-десятичные дешифраторы совмещают со счетчиками (к примеру, К176ИЕ8, которая умеет считать до 9 и имеет 10 выходов в десятичном счислении).

Ну и более подробно о дешифраторах можно почитать в нашем справочнике:

В этой статье мы поговорим о цифровой индикации.
Семисегментные светодиодные индикаторы предназначены для отображения арабских цифр от 0 до 9 (рис.1).


Рис.1.

Такие индикаторы бывают одноразрядные, которые отображают только одно число, но семисегментных групп, объединенных в один корпус может быть и больше (многоразрядные). В этом случае цифры разделяются децимальной точкой (рис.2)


Рис.2.

Индикатор называется семисегментным из-за того, что отображаемый символ строится из отдельных семи сегментов. Внутри корпуса такого индикатора находятся светодиоды, каждый из которых засвечивает свой сегмент.
Буквы и другие символы на таких индикаторах отображать проблематично, поэтому для этих целей используются 16-сегментные индикаторы.

Светодиодные индикаторы бывают двух типов.
В первом из них все катоды, т.е. отрицательные выводы всех светодиодов, объединены вместе и для них выделен соответствующий вывод на корпусе.
Остальные выводы индикатора соединены к аноду каждого из светодиодов (рис.3, а). Такая схема называется «схема с общим катодом».
Также существуют индикаторы, у которых светодиоды каждого из сегментов подключены по схеме с общим анодом (рис.3, б).


Рис.3.

Каждый сегмент обозначен соответствующей буквой. На рисунке 4 представлено их расположение.

Рис.4.

В качестве примера рассмотрим двухразрядный семисегментный индикатор GND-5622As-21 красного свечения. Кстати существуют и другие цвета, в зависимости от модели.
С помощью трехвольтовой батарейки можно включать сегменты, а если объединить группу выводов в кучку и подать на них питание, то можно даже отображать цифры. Но такой метод является неудобным, поэтому для управления семисегментными индикаторами используют регистры сдвига и дешифраторы. Также, нередко, выводы индикатора подключаются напрямую к выходам микроконтроллера, но лишь в том случае когда используются индикаторы с низким потреблением тока. На рисунке 5 представлен фрагмент схемы с использованием PIC16F876A.


Рис.5.

Для управления семисегментным индикатором часто используется дешифратор К176ИД2.
Эта микросхема способна преобразовать двоичный код, состоящий из нулей и единиц в десятичные цифры от 0 до 9.

Читайте так же:
Что такое счетчик упс

Чтобы понять, как все это работает, нужно собрать простую схему (рис.6). Дешифратор К176ИД2 выполнен в корпусе DIP16. Он имеет 7 выходных вывода (выводы 9 — 15), каждый из которых предназначен для определенного сегмента. Управление точкой здесь не предусмотрено. Также микросхема имеет 4 входа (выводы 2 — 5) для подачи двоичного кода. На 16-й и 8-ой вывод подается плюс и минус питания соответственно. Остальные три вывода являются вспомогательными, о них я расскажу чуть позже.


Рис.6.

DD1 — К176ИД2
R1 — R4 ( 10 — 100 кОм)
HG1 — GND-5622As-21

В схеме присутствует 4 тумблера (можно любые кнопки), при нажатии на них на входы дешифратора подается логическая единица от плюса питания. Кстати питается сама микросхема напряжением от 3 до 15 Вольт. В данном примере вся схема питается от 9-вольтовой "кроны".

Также в схеме присутствует 4 резистора. Это, так называемые, подтягивающие резисторы. Они нужны, чтобы гарантировать на логическом входе низкий уровень, при отсутствии сигнала. Без них показания на индикаторе могут отображаться некорректно. Рекомендуется использовать одинаковые сопротивления от 10 кОм до 100 кОм.

На схеме выводы 2 и 7 индикатора HG1 не подключены. Если подключить к минусу питания вывод DP, то будет светиться децимальная точка. А если подать минус на вывод Dig.2, то будет светиться и вторая группа сегментов (будет показывать тот же символ).

Входы дешифратора устроены так, что для отображения на индикаторе чисел 1, 2, 4 и 8 требуется нажатие лишь одной кнопки (на макете установлены тумблеры, соответствующие входам D0, D1, D2 и D3). При отсутствии сигнала отображается цифра ноль. При подаче сигнала на вход D0 отображается цифра 1. И так далее. Для отображения других цифр требуется нажатие комбинации тумблеров. А какие именно нужно нажимать нам подскажет таблица 1.


Таблица 1.

Чтобы отобразить цифру "3" необходимо логическую единицу подать на вход D0 и D1. Если подать сигнал на D0 и D2, то отобразится цифра "5" (рис.6).


Рис.6.

Здесь представлена расширенная таблица, в которой мы видим не только ожидаемую цифру, но и те сегменты (a — g), которые составят эту цифру.


Таблица 2.

Вспомогательными являются 1, 6 и 7-ой выводы микросхемы (S, M, К соответственно).

На схеме (рис.6) 6-ой вывод "М" заземлен (на минус питания) и на выходе микросхемы присутствует положительное напряжение для работы с индикатором с общим катодом. Если используется индикатор с общим анодом, то на 6-ой вывод следует подать единицу.

Если на 7-ой вывод "К" подать логическую единицу, то знак индикатора гасится, ноль разрешает индикацию. В схеме данный вывод заземлен (на минус питания).

На первый вывод дешифратора подана логическая единица (плюс питания), что позволяет отображать преобразованный код на индикатор. Но если подать на данный вывод (S) логический ноль, то входы перестанут принимать сигнал, а на индикаторе застынет текущий отображаемый знак.

Стоит заметить одну интересную вещь: мы знаем, что тумблер D0 включает цифру "1", а тублер D1 цифру "2". Если нажать оба тумблера, то высветится цифра 3 (1+2=3). И в других случаях на индикатор выводится сумма цифр, составляющих эту комбинацию. Приходим к выводу, что входы дешифратора расположены продуманно и имеют очень логичные комбинации.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector