BCD dekodéry a dekodéry pro displeje Střední odborná škola Otrokovice BCD dekodéry a dekodéry pro displeje 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

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 slova Kombinační 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

BCD dekodéry a dekodéry pro displeje Obsah tématu BCD kód Návrh BCD dekodéru Integrované dekodéry typu BCD/ 1 z 10 (TTL, CMOS) Segmentové zobrazovače Dekodéry BCD / sedmisegmentový kód Typy dekodérů pro segmentové displeje Kód sedmisegmentových displejů Integrované dekodéry typu BCD/sedmisegmentový kód (TTL, CMOS)

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 𝐸 )   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:

Desítkově Blok. BCD číslo Kód 1 z 10 E D C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . 15 -- x

Desít. BCD číslo Kód 1 z 10 D C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -- x 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)

Integrované dekodéry typu BCD/ 1 z 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: Technologie Typ Pozn. TTL 7441 Otevřený kolektor, max. 16 mA 7442 7445 Otevřený kolektor, max. 80 mA 74145 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 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)

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 a) b) c) d) Obr. 3: Segmentové displeje: sedmisegmentový s označením segmentů sedmisegmentový – foto čtrnáctisegmentový alfanumerický šestnáctisegmentový alfanumerický

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 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.

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).

Dekodér kódu BCD pro sedmisegmentový displej 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 ( 𝐸 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 b c d

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 Desítkové vyjádření čísla 10 11 12 13 14 15 Šestnáctkové A B C D E F Zobrazení na 7 segmentovém displeji b c d

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 1 0001 0010 2 0011 3 0100 4 0101 5 0110 6 0111 7 1000 8 1001 9

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 1 0001 0010 2 0011 3 0100 4 0101 5 0110 6 0111 7 1000 8 1001 9

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 – pokračování Integrované dekodéry kódu BCD na kód sedmisegmentových displejů - tabulka Technologie Typ Pozn. TTL 7446 Otevřený kolektor, proud segmentem až 40 mA, spol. anoda 7447 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 74248 Proud segmentem až 6,5 mA, proudové budiče – omezovače, spol. anoda 74249 CMOS 4055 Společná katoda Střadač, převodník úrovní a budič 4311 Dekodér z dvojkového kódu na šestnáctkový, spol. katoda 4511 Navíc obsahuje střadač, spol. katoda

Kontrolní otázky Dekodéru BCD podobný zpracováním čtyřbitových čísel je dekodér: 1 z 8 1 z 10 1 ze 16 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

Kontrolní otázky – správné odpovědi – červeně Dekodéru BCD podobný zpracováním čtyřbitových čísel je dekodér: 1 z 8 1 z 10 1 ze 16 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

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

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 