BCD dekodéry a dekodéry pro displeje

Střední odborná škola Otrokovice

www.zlinskedumy.cz

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš ZatloukalDostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR.

Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Charakteristika DUM 2

Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice

Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /4

Autor Ing. Miloš Zatloukal

Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-PE-CT/2-EL-4/10

Název DUM BCD dekodéry a dekodéry pro displeje

Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání

Kód oboru RVP 26-41-L/52

Obor vzdělávání Provozní elektrotechnika

Vyučovací předmět Číslicová technika

Druh učebního materiálu Výukový materiál

Cílová skupina Žák, 19 – 20 let

Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce s doplňujícím výkladem vyučujícího; náplň: přehled dekodérů BCD kódu a dekodérů pro displeje

Vybavení, pomůcky Dataprojektor

Klíčová slovaKombinační obvod, vstup, výstup, dekodér, BCD kód, kód 1 z 10, adresa, BCD dekodér, segment, zobrazovač, segmentový displej, společná, katoda, společná anoda

Datum 10. 8. 2013

Obsah tématu

BCD 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)

BCD dekodéry a dekodéry pro displeje

BCD dekodéry

Nejprve malé připomenutí BCD kódu- BCD = Binary Coded Decimal (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

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?a) desítková číslice formou 1 z 10b) desítková číslice formou segmentového zobrazení

Dekodér BCD kódu na kód 1 z 10BCD 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:

Desítkově Blok. BCD číslo Kód 1 z 10

E D C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9

0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1

2 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1

3 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1

4 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1

5 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1

6 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1

7 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1

8 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1

9 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

10 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

. 1 . . . . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

. 1 . . . . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

15 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

-- 0 x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Desít. BCD číslo Kód 1 z 10

D C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9

0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1

2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1

3 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1

4 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1

5 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1

6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1

7 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1

8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1

9 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

-- x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

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

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.

BCD dekodéry

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

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:

Technologie Typ Pozn.

TTL 7441 Otevřený kolektor, max. 16 mA

7442

7445 Otevřený kolektor, max. 80 mA

74145 Otevřený kolektor, max. 80 mA

CMOS 4028

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 písmenanapř. šestnáctkové znaky A, b, c, d, E, F)

- znakové (alfanumerické) – 14 nebo 16 segmentové- maticové (pole diod LED uspořádané do sestavy = matice – např. 5x7)

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

Dekodéry pro segmentové displeje – pokračování

Příklady segmentových LED displejů

Obr. 3: Segmentové displeje: a) sedmisegmentový s označením segmentůb) sedmisegmentový – foto c) čtrnáctisegmentový alfanumerickýd) šestnáctisegmentový alfanumerický

a) b) c) d)

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 dekodérů pro segmentové displejea) 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.

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).

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

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 sedmisegmentovém kódu 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). Desítkové vyjádření čísla 10 11 12 13 14 15

Šestnáctkové A B C D E F

Zobrazení na 7 segmentovém displeji A b c d E F

Dekodér BCD pro 7 segmentový displej – pokračování

Tabulka dekodéruJe 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

Desítkové vyjádření čísla 10 11 12 13 14 15

Šestnáctkové A B C D E F

Zobrazení na 7 segmentovém displeji A b c d E F

Dekodér BCD pro 7 segmentový displej – pokračování

Tabulka dekodéru pro displej se společnou anodou (segment rozsvítíme logickou nulou).

BCD Desítkově a b c d e f g

0000 0 0 0 0 0 0 0 1

0001 1 1 0 0 1 1 1 1

0010 2 0 0 1 0 0 1 0

0011 3 0 0 0 0 1 1 0

0100 4 1 0 0 1 1 0 0

0101 5 0 1 0 0 1 0 0

0110 6 0 1 0 0 0 0 0

0111 7 0 0 0 1 1 1 1

1000 8 0 0 0 0 0 0 0

1001 9 0 0 0 0 1 0 0

Dekodér BCD pro 7 segmentový displej – pokračování

Tabulka dekodéru pro displej se společnou katodou (segment rozsvítíme logickou jedničkou).

BCD Desítkově a b c d e f g

0000 0 1 1 1 1 1 1 0

0001 1 0 1 1 0 0 0 0

0010 2 1 1 0 1 1 0 1

0011 3 1 1 1 1 0 0 1

0100 4 0 1 1 0 0 1 1

0101 5 1 0 1 1 0 1 1

0110 6 1 0 1 1 1 1 1

0111 7 1 1 1 0 0 0 0

1000 8 1 1 1 1 1 1 1

1001 9 1 1 1 1 0 1 1

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.

Dekodér BCD pro 7 segmentový displej – pokračováníIntegrované dekodéry kódu BCD na kód sedmisegmentových displejů - tabulka

Technologie Typ Pozn.

TTL 7446 Otevřený kolektor, proud segmentem až 40 mA, spol. anoda

7447 Otevřený kolektor, proud segmentem až 40 mA, spol. anoda

7448 Proud segmentem až 6,5 mA, spol. anoda

7449 Otevřený kolektor, proud segmentem až 10 mA, spol. anoda

74246 Otevřený kolektor, proudové budiče – omezovače, spol. anoda

74247 Otevřený kolektor, proudové budiče – omezovače, spol. anoda

74248 Proud segmentem až 6,5 mA, proudové budiče – omezovače, spol. anoda

74249 Otevřený kolektor, proudové budiče – omezovače, spol. anoda

CMOS 4055 Společná katoda

4055 Střadač, převodník úrovní a budič

4311 Dekodér z dvojkového kódu na šestnáctkový, spol. katoda

4511 Navíc obsahuje střadač, spol. katoda

Kontrolní otázky

1. Dekodéru BCD podobný zpracováním čtyřbitových čísel je dekodér:

a) 1 z 8b) 1 z 10c) 1 ze 16

2. Alfanumerický segmentový zobrazovač mívá počet segmentů:

a) 14 nebo 16b) 12 nebo 10c) 7 nebo 8

3. Jednotlivé segmenty zobrazovače typu společná katoda zhasneme napěťovou úrovní:

a) Logické jednab) Logické nulyc) Která je rovná napájecímu napětí

Kontrolní otázky – správné odpovědi – červeně

1. Dekodéru BCD podobný zpracováním čtyřbitových čísel je dekodér:

a) 1 z 8b) 1 z 10c) 1 ze 16

2. Alfanumerický segmentový zobrazovač mívá počet segmentů:

a) 14 nebo 16b) 12 nebo 10c) 7 nebo 8

3. Jednotlivé segmenty zobrazovače typu společná katoda zhasneme napěťovou úrovní:

a) Logické jednab) Logické nulyc) Která je rovná napájecímu napětí

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

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

Děkuji za pozornost