Компьютерная схемотехника (стр. 14 из 32)
Рисунок 9.10
9.1.2.1.4 Дешифратор BCD-кода в семисегментный код
Подобное название имеет преобразователь двоично-десятичного (BCD) кода в код семисегментного индикатора десятичных цифр.
9.1.2.1.4.1 Семисегментные индикаторы на светодиодах
Очень распространенным выходным устройством отображения десятичных чисел является семисегментный индикатор. Семь сегментов индикатора обозначены буквами от адо g(рисунок 9.11, а).
Рисунок 9.11
Способ изображения десятичных цифр от 0 до 9 показан на рисунке 9.11,б. Например, если светятся сегменты a, b и c, то на индикаторе появляется десятичная цифра 7. Если светятся все сегменты от a до g, то появляется цифра 8. Существует несколько разновидностей индикаторов: на жидких кристаллах (ЖКИ), накальные (подобен обычным лампам накаливания), светодиодные и т.д.
Основной частью светодиода [18] является диод с плоскостным p-n - переходом. Когда диод включен в прямом направлении, через p-n - переход протекает ток и возникает излучение, которое фокусируется в индикаторе специальной линзой, чтобы его можно было наблюдать в виде загорания определенного сегмента.
Схема включения одного светодиода (сегмента) приведена на рисунке 9.12,а.
Рисунок 9.12
.(9.4.1)
Когда ключ SA1 замкнут, ток от источника Епит=+5В течет через светодиод, вызывая его свечение. Последовательно включенный резистор ограничивает ток до уровня примерно (10…20) мА. Без ограничивающего резистора светодиод может выйти из строя. Обычно на выводах светодиодов при излучении допускается напряжение (UVD.пр) не более (1,7…2) В. Как и всякий диод, светодиод чувствителен к полярности приложенного напряжения. Чтобы он был включен в прямом направлении катод (К) должен быть подключен к отрицательному полюсу источника питания (земле), а анод (А) – к его положительному полюсу.
Устройство семисегментного индикатора на светодиодах показано на рисунке 9.12, б. В каждом сегменте (от а до g) содержится светодиод и фокусирующая линза. Аноды всех светодиодов соединены вместе и подключены с правой стороны индикатора к одному выводу - общему аноду (ОА). Катоды каждого светодиода связаны с внешними выводами, обозначенными a, b, c, ... g. Индикатор (рисунок 9.12, б) относится к семисегментным светодиодным индикаторам с общим анодом. Существуют индикаторы с общим катодом [15].
На рисунке 9.12, в показано управление сегментами индикатора с помощью механических переключателей. При замыкании одного из ключей SA1...SA7 ток от Епит=+5В течет: через выбранный сегмент, ограничительный резистор и замкнутые контакты переключателя – на землю (-Епит). При этом выбранный сегмент будет светиться (излучать). Если, например, мы захотим высветить на индикаторе десятичную цифру 7, то необходимо замкнуть ключи SA1, SA2 и SA3, чтобы излучали сегменты а, bис. Если хотим высветить цифру 5, необходимо замкнуть ключи SA1, SA3, SA4, SA6 и SA7, которые заземляют катоды сегментов a, c, d, f и g. Следует обратить внимание, что в светодиодном индикаторе с общим анодом для активизации (зажигания) сегментов необходимо подать потенциал земли (логический нуль) на вывод, соответствующий выбранному сегменту.
Для управления работой индикатора на рисунке 9.12, в использовались механические переключатели. Обычно управляющие сигналы формируются интегральными микросхемами, например, дешифратором BCD-кода в семисегментный код.
Ниже показано изображение такого дешифратора на электрических схемах (рисунок 9.13,а) и его подключение к семисегментному светодиодному индикатору с общим анодом (рисунок 9.13,б).
А Б
Рисунок 9.13
В качестве дешифраторов BCD-кода в семисегментный могут использоваться различные микросхемы, приведенные в [4, 15].
Например, ИМС К514ИД2, обозначение которой дано на рисунке 9.13,а, имеет открытые коллекторные выходы и используется совместно с индикаторами, имеющими общий анод. При этом требуется применение внешних резисторов, включаемых между выходами дешифратора и входами индикатора (см. рисунок 9.13,б). Допустимый ток микросхемы дешифратора по каждому выходу составляет 22 мА.
Помимо информационных входов, на которые поступает двоично-десятичный код, индикаторы могут содержать ряд управляющих входов [4, 15, 18], например, для подавления нулей, гашения, контроля свечения, синхронизации и т.д.
9.1.2.2 Мультиплексоры и демультиплексоры
В современных микропроцессорных устройствах управления и однокристальных микроЭВМ широко применяются КЦУ, осуществляющие подключение (коммутирование) выхода одного из параллельно включенных цифровых устройств на общую шину или, наоборот, соединение общей шины с входом одного из нескольких параллельно включенных устройств. Эти функции выполняют устройства, называемые мультиплексорами и демультиплексорами.
Мультиплексор – это комбинационное цифровое устройство, которое соединяет (коммутирует) один из нескольких информационных входных сигналов с одним общим выходом. Пример обозначения мультиплексора на электрических схемах показан на рисунке 9.14, а.
Устройство содержит восемь информационных входов: D0, D1, ..., D7; три адресных входа: А0, А1, А2 и один синхронизирующий (управляющий) вход V.
Рисунок 9.14 а
В зависимости от комбинации адресных сигналов А0, А1, А2 он обеспечивает коммутацию одного из восьми информационных входных сигналов Di на общий выход F. Нулевой синхросигнал на входе V разрешает передачу информации с выбранного входа на выход. Булево выражение, описывающее функционирование рассматриваемого мультиплексора имеет вид
(9.5)
Пример реализации мультиплексора 4x1.
Мультиплексор можно реализовать с помощью логических элементов заданного базиса. В его структуру можно ввести и более сложные цифровые устройства, например, преобразователь двоичного кода в десятичный (дешифратор).
На рисунке 9.14, б приведен пример реализации мультиплексора с четырьмя информационными входами на ЛЭ базиса И, ИЛИ, НЕ и дешифраторе, а на рисунке 9.14, в показано его функциональное обозначение. Если V=0, то F = 0 независимо от информационных сигналов.
Б
В
Рисунок 9.14
Схема реализует булево выражение
. (9.6)
Существуют мультиплексоры в интегральном исполнении, например, ИМС К555КП2 (рисунок 9.15).
Рисунок 9.15
Мультиплексор КП2 (рисунок 9.15,а) содержит два мультиплексора 4x1 с общими адресными входами. Он состоит из двух частей, каждая из которых содержит четыре информационных канала А1 ... А4 (В1 ... В4); и один выход FА (FВ). Управляющие (адресные) входы V2, V1 являются общими, т.е. сигналы на них оказывают одновременное воздействие на обе части ИМС. Правила работы схемы отражает таблица 9.5.