BCD dekodéry a dekodéry pro displeje

1. BCD dekodéry a dekodéry pro displeje Střední odborná škola Otrokovice Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš Zatloukal Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

2. Charakteristika DUM 2

3. BCD dekodéry a dekodéry pro displeje Obsah tématuBCD kódNávrh BCD dekodéruIntegrované dekodéry typu BCD/ 1 z 10 (TTL, CMOS)Segmentové zobrazovačeDekodéry BCD / sedmisegmentový kódTypy dekodérů pro segmentové displejeKód sedmisegmentových displejůIntegrované dekodéry typu BCD/sedmisegmentový kód (TTL, CMOS)

4. BCD dekodéry Nejprve malé připomenutí BCD kódu - BCD = Binary CodedDecimal (dvojkově vyjádřené desítkové číslo) - jde o zápis desítkových čísel pomocí čtyř bitů – nejčastěji s vahami 8-4-2-1 - jde o kód smíšený - z desítkového převzal řády – např. jednotky, desítky, stovky… - z dvojkového pak vyjádření každé desítkové číslice čtveřicí bitů dvojkového čísla Obr. 1: Blokové schéma BCD dekodéru

5. BCD dekodéry Jaké vstupy má BCD dekodér? - jejich počet je 4 (pro jednu dekádu – řád – např. jednotek, desítek…) - jde tedy o adresní bity - značí se A, B, C, D (píší se ale v pořadí D, C, B, A) - dekodér může mít blokovací vstup (typu E nebo ) Co může být na výstupu BCD dekodéru? desítková číslice formou 1 z 10 desítková číslice formou segmentového zobrazení Dekodér BCD kódu na kód 1 z 10 BCD kód je čtyřbitový (pro jednu dekádu – např. jednotek či desítek). Co se dá určit z počtu adresních vstupů? pomocí vztahu N = 2n = 24 = 16 vypočítáme možný počet výstupů (Y0 až Y16). Jenže my potřebujeme pro deset číslic (0 až 9) jen 10 výstupů (Y0 až Y9). Co s tím? Řešení: Kód 1 z 10 je podmnožinou kódu 1 ze 16, tabulka bude mít 16 řádků, pro řádky s čísly 10 až 15 desítkově bude dekodér zablokován (např. všechny výstupy ve stavu logická 1). Vypovídá o tom pravdivostní tabulka BCD dekodéru s blokováním typu E a výstupem typu plovoucí nula:

7. Tabulku zkrátíme: vypustíme blokování E a pro vstupní kombinace 1010 až 1111 (10 až 15 desítkově) budou na všech výstupech Y samé jedničky.

8. BCD dekodéry Rovnice dekodéru pro plovoucí nulu na výstupu, nejprve základní rovnice se členy typu OR a následně upravená rovnice se členy typu NAND. Z upravených rovnic nakreslíme schéma zapojení tohoto BCD dekodéru.

9. BCD dekodéry Obr. 2: Schéma BCD dekodéru s členy typu NAND (+ 4x NOT)

10. BCD dekodéry  Integrované dekodéry typu BCD/ 1 z 10 Dekodér BCD čísel na kód 1 z 10 je vyráběn jako integrovaný obvod (IO). Příklady dekodérů kódu BCD na 1 z 10 zobrazuje tabulka:

11. Dekodéry pro segmentové displeje Jsou určeny k řízení segmentových displejů. Segmentem rozumíme 1 svítivý prvek a to v provedení podle technologie – nejznámější jsou segmenty LED a LCD. Seskupením segmentů do tvaru číslice nebo znaku (alfanumerický) pak vznikne segmentový displej. Jde tedy o skupinu např. diod LED, které mají jednu společnou elektrodu - anodu (společná anoda = SA) - katodu (společná katoda = SK) Druhy LED displejů: 1) Podle zobrazitelné informace: - číselné (číslice typu 1 nebo 0 až 9, i zde lze realizovat některá písmena např. šestnáctkové znaky A, b, c, d, E, F) - znakové (alfanumerické) – 14 nebo 16 segmentové - maticové (pole diod LED uspořádané do sestavy = matice – např. 5x7)

12. Dekodéry pro segmentové displeje – pokračování 2) Podle počtu zobrazených míst: - „půlté“ místo (2 segmenty – číslice 1) - celé jedno místo – jednomístné (7 segmentů – číslice 0 až 9) - vícemístné - 1,5 místné (zobrazí - - až 19) - 2 místné ( - - až 99) - 3 místné ( - - až 999) - 3,5 místné ( - - - - až 1999) - 4 místné ( - - - - až 9999) … 3) Podle dalších parametrů - barva = vlnová délka světla, kterou segmentovka „svítí“ - velikost = výška číslic nebo znaků - počet číslic v jednom kuse displeje - typ společné elektrody společná - anoda (SA) – segment rozsvítíme logickou nulou - katoda (SK) – segment rozsvítíme logickou jedničkou

13. Dekodéry pro segmentové displeje – pokračování Příklady segmentových LED displejů a) b) c) d) Obr. 3: Segmentové displeje: sedmisegmentový s označením segmentů sedmisegmentový– foto čtrnáctisegmentový alfanumerický šestnáctisegmentový alfanumerický

14. Dekodéry pro segmentové displeje – pokračování Dekódují BCD číslo po řádech, každou 4 bitovou BCD číslici převedou na 7 bitový kód s prvky (a, b, c, d, e, f, g – případně ještě h – desetinná tečka). Typy dekodérůpro segmentové displeje a) sestavené z logických členů typu NOT, AND, OR (NAND, NOR) – složité zapojení – nepoužívá se b) „hotové“ samostatné dekodéry ve formě integrovaného obvodu (IO) – často používané, liší se zejména: - pro jaký typ displeje jsou konstruovány – SA, SK - velikostí výstupního proudu - zda obsahují proudové omezení či nikoliv (pokud ne, je nutno omezit max. proud segmenty pomocí rezistorů) c) Dekodéry realizované z paměti typu PROM nebo některou z mazatelných variant (EPROM, EEPROM) - sice je nutné zajistit naplnění paměti (její naprogramování), zato je možné kromě číslic nadefinovat i vlastní či speciální znaky.

15. Dekodéry pro segmentové displeje – pokračování d) Dekodér pro segmentový displej je součástí jiného obvodu, který v řetězci pro zpracování informace předchází zobrazení výstupu – jde např. o čítač, A/Č převodník, „jednočipový“ číslicový voltmetr, integrovaný obvod s funkcemi časomíry, apod. Výše uvedené typy dekodérů patří do skupiny fyzických elektrických obvodů – tedy do kategorie „hardware“. Tak jako u jiných obvodů, je možné dekodéry řešit také programem – tedy „softwarově“. K tomu je ovšem nutný nějaký vykonavatel programu pro obsluhu segmentového displeje – nějaký počítač nebo mikropočítač (tento může být i osmibitový jednočipový).

16. Dekodéry pro segmentové displeje – pokračování Dekodér kódu BCD pro sedmisegmentový displej (BCD/kód sedmisegmentového displeje) Vstupy: - číslo v BCD kódu (A, B, C, D) (jde o 1 desítkovou číslici) - blokování ( nebo E) Výstupy: - 7 bitů kódu pro displej (a, b, c, d, e, f, g) Obr. 4: Blokové schéma dekodéru pro 7 segmentový displej

17. Dekodér BCD pro 7 segmentový displej – pokračování Vstupem dekodéru je číslo v BCD kódu (jde o jeden řád desítkového čísla – (např. jednotky, desítky, apod.), jde tedy vlastně o dvojkově vyjádřené desítkové číslice (0, 1, až 9). Výstupem je sedm signálů v sedmisegmentovémkódu určených pro buzení (signálové napájení) zobrazovacích jednotky tvořených sedmi segmenty uspořádanými do struktury displeje typu 1 číslice. Výstupní stavy (a ž g – kombinace nul a jedniček) rozsvěcují některé ze sedmi světelných segmentů tak, aby tvořily desítkové číslice (od 0 do 9). Existují také hexadecimální dekodéry, které rozsvěcují také symboly A až F, ale pokud nevadí, že se některá písmena zobrazují jako malá, lze pro zobrazení šestnáctkových symbolů použít i běžný sedmisegmentový displej (určený přednostně pro číslice 0 až 9).

18. Dekodér BCD pro 7 segmentový displej – pokračování Tabulka dekodéru Je vyplněna tak, aby dekodér pro vstupní čísla v BCD kódu – tedy 0000 až 1001 (0 až 9) rozsvítil příslušné segmenty na displeji (a zobrazil tak příslušné číslice). Používají se 2 základní typy sedmisegmentových displejů s jednou společnou elektrodou - se společnou anodou (spojeny anody diodových segmentů – jsou pak připojeny na kladné napájecí napětí +Ucc) příslušný segment tedy rozsvítíme logickou nulou - se společnou katodou (spojeny katody diodových segmentů – mohou být pak připojeny na záporné napájecí napětí –Ucc, ale častěji jsou pouze uzemněny) příslušný segment tedy rozsvítíme logickou jedničkou

19. Dekodér BCD pro 7 segmentový displej – pokračování Tabulka dekodéru pro displej se společnou anodou (segment rozsvítíme logickou nulou).

20. Dekodér BCD pro 7 segmentový displej – pokračování Tabulka dekodéru pro displej se společnou katodou (segment rozsvítíme logickou jedničkou).

21. Dekodér BCD pro 7 segmentový displej – pokračování Pozn. Rezistory omezují proud pro segmenty – pro proud 15 mA mají hodnotu 150 Ω. Obr. 5: Schéma zapojení s dekodérem 7447 pro sedmisegmentový displej se společnou anodou.

22. Dekodér BCD pro 7 segmentový displej – pokračování Integrované dekodéry kódu BCD na kód sedmisegmentových displejů - tabulka

23. Dekodéru BCD podobný zpracováním čtyřbitových čísel je dekodér: 1 z 8 1 z 10 1 ze 16 Kontrolní otázky Alfanumerický segmentový zobrazovač mívá počet segmentů: 14 nebo 16 12 nebo 10 7 nebo 8 3. Jednotlivé segmenty zobrazovače typu společná katoda zhasneme napěťovou úrovní: Logické jedna Logické nuly Která je rovná napájecímu napětí

24. Dekodéru BCD podobný zpracováním čtyřbitových čísel je dekodér: 1 z 8 1 z 10 1 ze 16 Kontrolní otázky – správné odpovědi – červeně Alfanumerický segmentový zobrazovač mívá počet segmentů: 14 nebo 16 12 nebo 10 7 nebo 8 3. Jednotlivé segmenty zobrazovače typu společná katoda zhasneme napěťovou úrovní: Logické jedna Logické nuly Která je rovná napájecímu napětí

25. Seznam obrázků: Obr. 1: vlastní, Blokové schéma BCD dekodéru Obr. 2: vlastní, Schéma BCD dekodéru s členy typu NAND (+ 4x NOT) Obr. 3: vlastní + foto, Segmentové displeje Obr. 4: vlastní, Blokové schéma dekodéru pro 7 segmentový displej Obr. 5: vlastní, Schéma zapojení s dekodérem 7447 pro sedmisegmentový displej se společnou anodou

26. Seznam použité literatury: [1] Matoušek, D.: Číslicová technika, BEN, Praha, 2001, ISBN 80-7232-206-0 [2] Blatný, J., Krištoufek, K., Pokorný, Z., Kolenička, J.: Číslicové počítače, SNTL, Praha, 1982 [3] Kesl, J.: Elektronika III – Číslicová technika, BEN, Praha, 2003, ISBN 80-7300-075-X [4] Pinker, J.,Poupa, M.: Číslicové systémy a jazyk VHDL, BEN, Praha, 2006, ISBN 80-7300-198-5

27. Děkuji za pozornost 