همه چیز درباره شمارنده BCD- بخش دوم

استفاده از نمایشگر سون سگمنت

خوشبختانه در حال حاضر امکان استفاده از آی‌سی‌های از پیش طراحی شده وجود دارد که این آی‌سی‌ها به عنوان دیکودر اتصال BCD به نمایشگر سون سگمنت عمل می‌کنند. 74LS47 نمونه‌ای از چنین آی‌سی‌هایی به شمار می‌آید. این آی‌سی دارای چهار ورودی برای ارقام BCD از A تا D و نیز خروجی متناظر برای هر یک از سگمنت‌های یک نمایشگر سون سگمنت است.

به این نکته توجه کنید که هر نمایشگر استاندارد سون سگمنت LED عموما دارای هشت اتصال ورودی است. به ازای هر سگمنت LED، یک ورودی در نمایشگر وجود دارد و یک ورودی خاص نیز وجود دارد که بین تمام سگمنت‌ها مشترک است. همچنین بعضی از سون سگمنت‌ها دارای پایه انتخاب نقطه دسیمال (DP) هستند. در تصویر زیر نمایی از یک درایور 74LS47 برای دیکود کردن BCD در سون سگمنت نشان داده شده است.

درایور 74LS47 برای دیکد کردن BCD در سون سگمنت

دیکودر نمایشگر 74LS47 کد BCD را دریافت می‌کند و سیگنال‌های ضروری برای فعال کردن سگمنت LED متناظر در نمایشگر را تولید می‌کند. روشن شدن آن سگمنت خاص در نمایشگر در واقع باعث نمایش عدد پالس اعمالی می‌شود. چون دیکودر 74LS47 برای درایو کردن یک نمایش‌گر آند مشترک (Common-Anode) طراحی شده است، در نتیجه یک خروجی سطح صفر منطقی و یا LOW می‌تواند یک سگمنت LED خاص را روشن کند و همچنین یک پالس سطح یک منطقی یا HIGH می‌تواند سگمنت خاص را خاموش و غیر فعال کند. برای عملکرد حالت عادی، باید تمام پایه‌های LTو BI/RBO و RBIدر حالت باز باشند و یا به ولتاژ سطح یک منطقی یا HIGH متصل شده باشند.

به یاد داشته باشید که دیکودر 74LS47 دارای خروجی Active-Low است و برای دیکود کردن یک نمایشگر LED سون سگمنت آند مشترک طراحی شده است. آی‌سی درایور دیکودر 74LS48 نیز دقیقا دارای کارایی مشابهی است، اما تفاوتی که دارد در این است که دارای خروجی Active High است و برای دیکود کردن یک نمایشگر سون سگمنت کاتد مشترک مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین بسته به نوع نمایشگر سون سگمنت مورد استفاده، ممکن است به یک آی‌سی دیکودر 74LS47 یا 74LS48 نیاز داشته باشیم.

ورودی‌های 74LS47، دسیمال کد شده به باینری هستند و می‌توانند به خروجی‌های متناظر در شمارنده BCD متصل شوند تا با هر بار فشار دادن کلید فشاری SW1، دنباله شمارش بر روی نمایشگر سون سگمنت دیده شود. با تغییر جای کلید فشاری و مقاومت ۱ کیلو اهم، شمارش را می‌توان با هر بار آزاد شدن کلید SW1 انجام داد. در تصویر زیر نمایی از مدار نهایی یک شمارنده BCD چهار بیتی نشان داده شده است.

مدار نهایی شمارنده BCD چهار بیتی

توجه کنید که یک نمایشگر سون سگمنت از هفت دیود تکی LED تشکیل شده است. بهترین روش برای محدود کردن جریان در یک نمایشگر استفاده از مقاومت‌های محدود کننده جریان است که این مقاومت‌ها به صورت سری با هر یک از LEDهای نمایشگر بسته می‌شوند که نحوه این اتصال در شکل بالا نشان داده شده است.

مقاومت‌های محدود کننده جریان

مقاومت‌های محدود کننده جریان را به دو روش زیر می‌توان در مدار متصل کرد.

مقاومت تکی

در این حالت، از یک مقاومت تکی محدود کننده جریان (R) به صورت سری در مدار استفاده می‌شود. اگر در طراحی مدار نگرانی خاصی از بابت روشنایی ثابت نمایشگر وجود نداشته باشد، این روش اتصال مقاومت‌های محدود کننده جریان، آسان‌ترین و ساده‌ترین انتخاب برای کنترل نمایشگر سون سگمنت محسوب می‌شود. نمایی از این روش اتصال مقاومت در تصویر زیر نشان داده شده است.

روش اتصال تکی مقاومت محدود کننده جریان

مقدار نور گسیل شده از هر دیود LED با مقدار جریان گذرا از آن تغییر می‌کند و مقدار جریان گذرا از مقاومت محدود کننده جریان، بین تمام LEDهای نمایشگر به اشتراک گذاشته می‌شود. بنابراین مقدار روشنایی نمایشگر در این نحوه اتصال، به این بستگی دارد که چه تعداد سگمنت در هر لحظه با هم روشن باشند.

مقاومت‌های چندگانه

در این نحوه اتصال، هر سگمنت دارای مقاومت محدود کننده جریان مختص به خود است. نحوه انجام این اتصال در مدار BCD بالا نیز نشان داده شد و به صورت دقیق‌تر در تصویر زیر دیده می‌شود.

روش اتصال مقاومت‌های محدود کننده جریان

در حالت کلی، نمایشگر سون سگمنت به حدود ۱۲ تا ۲۰ میلی آمپر جریان برای روشن کردن هر بخش نیاز دارد. بنابراین، مقدار هر مقاومت محدود کننده جریان (هر کدام از مقاومت‌ها یکتا هستند.)، باید به گونه‌ای انتخاب شود که مقدار جریان را در این محدوده حفظ کند. به یاد داشته باشید که بعضی از نمایشگرها در صورتی که جریان بالاتر از ۴۰ میلی آمپر به آن‌ها وارد شود، خراب می‌شوند.

مزیت اصلی این نحوه اتصال مقاومت محدود کننده جریان در این است که مقدار روشنایی یک سگمنت خاص به وضعیت شش سگمنت LED دیگر بستگی ندارد. در نتیجه نمایشگر یک مقدار روشنایی ثابت دارد. مقدار مقاومت‌های محدود کننده جریان را می‌توان به نحوی انتخاب کرد تا هر سگمنت روشنایی مخصوص به خود را داشته باشد و مقدار نور محیط هم عاملی موثر در انتخاب روشنایی مورد نیاز LED است.

مداری که تا این قسمت به بررسی آن پرداختیم، یک شمارنده ساده اعداد ۰ تا ۹ است که با استفاده از شمارنده BCD 74LS90 و یک درایور نمایشگر سون سگمنت 74LS47 ایجاد می‌شود. برای شمارش اعداد بالاتر از ۹ و تولید و نمایش اعدادی که دو رقم داشته باشند، نیاز است که دو شمارنده تقسیم‌کننده بر ۱۰ جداگانه را به صورت آبشاری به یکدیگر متصل کنیم. یک شمارنده BCD دو رقمی در حالت دسیمال از ۰۰ تا ۹۹ (در حالت باینری از ۰۰۰۰ ۰۰۰۰ تا ۱۰۰۱ ۱۰۰۱) می‌شمارد و سپس به مقدار ۰۰ ریست می‌شود. به این نکته توجه کنید که اگرچه این مدار یک شمارنده دو رقمی است، اما مقادیر نشان دهنده اعداد هگزا دسیمال (A تا F) در این کد گذاری معتبر نیستند.

به صورت مشابه، اگر بخواهیم که از ۰ تا ۹۹۹ (۰۰۰۰ ۰۰۰۰ ۰۰۰۰ تا ۱۰۰۱ ۱۰۰۱ ۱۰۰۱) شمارش را انجام دهیم، باید سه عدد از شمارنده‌های ده دهی را به صورت آبشاری به یکدیگر متصل کنیم. در حالت کلی می‌توان گفت که شمارنده‌های چند رقمی ده دهی را می‌توان به سادگی با استفاده از اتصال آبشاری مدار شمارنده BCD تکی ایجاد کرد که هر یک مدار، نشان‌دهنده یک رقم خواهد بود. نمایی از یک مدار شمارنده BCD دو رقمی که از ۰۰ تا ۹۹ می‌شمارد، در شکل زیر نشان داده شده است.

یک مدار شمارنده BCD دو رقمی با قابلیت شمارش از ۰۰ تا ۹۹

خلاصه شمارنده BCD

در این مقاله دیدیم که یک شمارنده BCD وسیله‌ای است که با تحریک سیگنال کلاک، یک دنباله ده حالتی را طی می‌کند و بعد از شمارش ۹ به حالت ۰ باز می‌گردد. در مثال‌های ساده بالا، سیگنال کلاک توسط یک کلید فشاری ایجاد می‌شد، اما در کاربردهای عملی، شمارنده‌ها قادر هستند تا بسیاری از رخدادهای (Events) دنیای واقعی مانند عبور اشیا را شمارش کنند و سیگنال کلاک خود را از این طریق به دست می‌آورند.

با این حال، یک مدار مناسب برای تولید پالس‌های الکتریکی متناظر با هر رخداد جهت شمارش آن، مورد نیاز است. زیرا این رخدادها می‌توانند در هر بازه زمانی گسسته‌ای اتفاق بیفتند و یا می‌توانند کاملا تصادفی به وقوع بپیوندند. در بسیاری از مدارات الکترونیکی دیجیتال و کاربردهای مختلف، شمارنده‌های دیجیتال با استفاده از فلیپ فلاپ‌های تاگل (T) یا هر نوع فلیپ فلاپ دیگری ایجاد می‌شوند که قادر باشد عملکرد کلیدزنی مورد نیاز مدار را تولید کند. همچنین از آی‌سی‌های اختصاصی مانند 74LS90 نیز استفاده می‌شود. شمارنده‌های باینری، شمارنده‌هایی هستند که یک دنباله باینری را طی می‌کنند. یک شمارنده باینری n بیتی از تعداد n فلیپ فلاپ تشکیل شده است و از ۰ تا 2n−1می‌شمارد.

شمارنده‌های BCD یک دنباله از ده عدد را دنبال می‌کنند و با استفاده از اعداد BCD، از ۰۰۰۰ تا ۱۰۰۱ شمارش را انجام می‌دهند و سپس به ۰۰۰۰ باز می‌گردند و این روال را مجددا تکرار می‌کنند. این شمارنده حداقل به ۴ عدد فلیپ فلاپ نیاز دارد تا هر رقم دسیمال را نشان دهد. به همین دلیل یک رقم دسیمال توسط کد باینری با حداقل چهار بیت نمایش داده می شود و یک شمارنده MOD-10 برای این کار لازم است.

در این مقاله همچنین دیدیم که خروجی کد گذاری‌ شده BCD با استفاده از ۴ LED و یا نمایشگر ارقام نمایش داده می‌شود. اما برای نمایش هر عدد از ۰ تا ۹ به یک مدار دیکودر نیز نیاز داریم. مدار دیکودر در واقع یک عدد با کد باینری را به یک سطح منطقی متناسب بر روی هر یک از سگمنت‌های مناسب ترجمه می‌کند. مدارات نمایشگر دیکودر هم با استفاده از ترکیبی از المان‌های منطقی ساخته می‌شوند و هم مدارات مجتمع خاصی برای این منظور اختصاص داده شده است. آی‌سی درایور یا دیکودر BCD به سون سگمنت یکی از چنین مدارات مجتمعی است که به سادگی قابل تهیه است.

تعداد نمایشگرهای سون سگمنت بیشتر، معمولا در کاربردهای شمارش چند رقمی مورد استفاده قرار می‌گیرند، مثلا با اتصال آبشاری ۴ شمارنده BCD، یک شمارنده ۴ رقمی ایجاد می‌شود که توسط آن از ۰ تا ۹۹۹۹ را می‌توان نمایش داد. شمارنده BCD 74LS90 یک مدار شمارنده بسیار انعطاف پذیر است و می‌تواند به عنوان یک مقسم فرکانسی مورد استفاده قرار گیرد و یا تقسیم بر هر عدد در بازه ۲ تا ۹ را به درستی انجام دهد. برای این کار باید خروجی‌های مناسب را به پایه‌های ست و ریست در آی‌سی باز گرداند.

 

منبع: فرادرس