تشریح منطق ترکیبی - بخش ششم

سون‌سگمنت‌ها در دو نوع Light Emitting Diode) LED) یا Liquid Crystal Display) LCD) یافت می‌شوند. استفاده از این نمایشگرها، کار نمایش اطلاعات یا داده‌های دیجیتالی که به شکل اعداد، حروف و یا حتی کاراکتر‌های لاتین هستند را بسیار راحت می‌کند.

عموماً نمایشگر‌های سون‌سگمنت از هفت LED رنگی که به آن‌ها «قسمت» یا «سگمنت» (Segment) نیز گفته می‌شود، تشکیل شده‌اند. این هفت LED در کنار یکدیگر قرار گرفته و یک آی‌سی سون‌سگمنت را می‌سازند. برای نمایش هر یک از اعداد (از ۰ تا ۹) و کاراکترهای هگزادسیمال (از A. تا F) بر روی سون‌سگمنت، لازم است که ترکیب خاصی از این LED‌ها روشن شوند. «دیکدر‌های نمایشگر» (Display Decoders) همانند ۷۴LS۴۷ که یک مبدل BCD به سون‌سگمنت است دقیقاً همین کار را انجام می‌دهند.

یک سون‌سگمنت استاندارد ۸ پایه‌ی ورودی دارد که هفت تای آن متعلق به هفت LED آی‌سی بوده و هشتمین پایه که به عنوان پایه‌ی مشترک به کار می‌رود، مخصوص تمامی سگمنت‌های داخلی نمایشگر است. برخی از نمایشگر‌ها یک پایه‌ی ورودی دیگر نیز دارند که به منظور نمایش نقطه اعشار در گوشه‌ی پایین سمت راست به کار می‌رود.

به طور کلی در مدار‌های الکترونیکی دو دسته نمایشگر دیجیتالی سون‌سگمنت وجود دارد:

1-«نمایشگر کاتد مشترک» یا Common Cathode Display) CCD): در یک نمایشگر کاتد مشترک، تمامی پایه‌های کاتد LED‌ها به یکدیگر وصل شده و زمین می‌شوند؛ لذا برای روشن شدن هر کدام از سگمنت‌ها، تنها لازم است که به پایه‌ی ورودی آن سگمنت (پایه‌ی آند LED)، ولتاژ HIGH یا ۱ منطقی اعمال کنیم.

2-«نمایشگر آند مشترک» یا Common Anode Display) CAD): در یک نمایشگر آند مشترک، تمامی پایه‌های آند LED‌ها پس از اتصال به یکدیگر، به ولتاژ HIGH یا ۱ منطقی وصل می‌شوند؛ لذا برای روشن شدن هر کدام از سگمنت‌ها، تنها لازم است که به پایه‌ی ورودی آن سگمنت (پایه‌ی کاتد LED)، ولتاژ LOW یا ۰ منطقی اعمال کنیم.

نحوه‌ی اتصال LED‌ها در دو نوع کاتد مشترک و آند مشترک

 

با اتصال دیود‌های نورانی برای ساخت نمایشگر‌های کاتد مشترک یا آند مشترک، طیف گسترده‌ای از اعداد یا کاراکتر‌ها را می‌توان نمایش داد. برای این کار تنها کافی است ترکیب خاصی از LED‌ها را روشن کنیم.

 

به عنوان مثال برای نمایش عدد ۳ باید سگمنت‌های d.، c.، b.، a. و g. را روشن کنیم. به همین ترتیب برای نمایش سایر اعداد یا کاراکترها، لازم است ترکیب متفاوتی از سگمنت‌ها روشن شوند. همانند سایر مدار‌های ترکیبی برای نمایشگر‌های سون‌سگمنت نیز می‌توان جدول صحت تشکیل داد. این جدول سگمنت‌هایی که باید روشن شوند تا یک کاراکتر خاص به نمایش درآید را مشخص می‌کند.

جدول صحت یک نمایشگر سون‌سگمنت

 

عناصر استفاده شده در نمایشگر‌های سون‌سگمنت برای نمایش هر عددهمانگونه که مشخص است برای نمایش ارقام ۰ تا ۹ در اعداد باینری و کاراکتر‌های A. تا F. در اعداد هگزادسیمال، به حداقل هفت پایه برای هفت سگمنت جدا از هم و یک پایه‌ی دیگر به عنوان پایه‌ی مشترک LED‌ها نیاز داریم. همچنین از آنجا که اساساً هر سگمنت یک دیود نورانی یا LED استاندارد است، لازم است مدار راه‌انداز به هر کدام از LED‌ها حداقل ۲۰mA جریان بدهد تا روشن شوند. با توجه به اینکه برای نمایش عدد ۸ لازم است همه‌ی هفت سگمنت روشن باشند، لذا به طور کلی به جریانی در حدود ۱۴۰ mA نیاز خواهیم داشت (۷×۲۰).

واضح است که استفاده از تعداد زیادی مصرف‌کننده‌ی توان و اتصالات مختلف در بسیاری از مدار‌های الکترونیکی یا میکروپروسسوری عملی نیست؛ لذا برای کاهش تعداد خطوط سیگنال لازم برای راه‌اندازی یک نمایشگر، از انواع دیکدر‌های نمایشگر مثل مبدل BCD به سون‌سگمنت و همچنین آی‌سی‌های راه‌انداز (Driver) استفاده می‌شود.

کد BCD

همانند اعداد هگزادسیمال، برای ساخت اعداد Binary Coded Decimal نیز که به اختصار کد BCD یا ۸۴۲۱ BCD نامیده می‌شوند، از تنها ۴ بیت داده (یک «نیبل» یا نصف یک بایت) استفاده می‌شود. اما بر خلاف اعداد هگزادسیمال که در محدوده‌ی ۰ تا F. تغییر می‌کنند، اعداد BCD تنها بین ۰ تا ۹ تغییر می‌کنند؛ لذا اعداد باینری ۱۰۱۰ تا ۱۱۱۱ (A تا F) ورودی‌های نامعتبری محسوب می‌شوند و همانگونه که در جدول زیر مشخص است، در سیستم BCD از این اعداد استفاده‌ای نمی‌شود.

دیکدر‌های نمایشگر BCD به سون‌سگمنت

آی‌سی‌های تبدیل کد BCD به سون‌سگمنت مثل TTL ۷۴LS۴۷ یا ۷۴LS۴۸ دارای ۴ خط ورودی BCD و ۷ خط خروجی هستند که هر کدام از این خروجی‌ها مخصوص یکی از LED‌های سون‌سگمنت است. مزیت این آی‌سی‌ها در این است که می‌توان تمام ارقام ۰ تا ۹ را تنها با استفاده از یک عدد باینری ۴ بیتی نشان داد. همچنین با کنار هم قرار دادن دو سون‌سگمنت می‌توان اعداد ۰۰ تا ۹۹ را با استفاده از یک داده‌ی ۸ بیتی یا یک بایتی نمایش داد.

استفاده از کد BCD فشرده (packed BCD) این مزیت را دارد که می‌توان در یک بایت داده دو رقم ذخیره کرد؛ لذا هر بایت داده می‌تواند مقداری بین ۰۰ تا ۹۹ اختیار کند.

مثال زیر چگونگی نمایش عدد ۴ بر روی سون‌سگمنت را نشان می‌دهد. در این مثال عدد ۰۱۰۰ به عنوان ورودی BCD قرار گرفته است.

مثال شماره ۱ دیکدر نمایشگر

در عمل مقاومت‌های ۱۵۰Ω تا ۲۲۰Ω را به عنوان مقاومت‌های محدودکننده‌ی جریان بین آی‌سی دیکدر و هر یک از سگمنت‌های نمایشگر سری می‌کنند. برای انواع نمایشگر‌های LCD یا LED، آی‌سی‌های دیکدر و درایور مختلفی نیز ساخته شده‌اند. به عنوان مثال ۷۴LS۴۸ برای نمایشگر‌های LED کاتد مشترک و ۷۴LS۴۷ برای نمایشگر‌های LED آند مشترک به کار می‌رود. همچنین CD۴۵۴۳ نیز یک آی‌سی CMOS است که در نمایشگر‌های LCD استفاده می‌شود.

بزرگترین مزیت LCD‌ها در مقایسه با LED‌ها در کمتر بودن توان مصرفی آن هاست. البته امروزه با ترکیب نمایشگر‌های LCD و LED نمایشگر‌های کاراکتری «دات ماتریکس» (Dot-Matrix) ساخته شده‌اند که در این نمایشگر‌ها کاراکتر‌ها و اعداد را می‌توان در رنگ قرمز استاندارد و یا سایر رنگ‌ها نشان داد.