منطق ترکیبی به زبان ساده – بخش ششم: دیکدر نمایشگر

آی‌سی‌های دیکدر (Decoder) قطعاتی هستند که یک کد باینری در ورودی را به یک کد باینری دیگر در خروجی تبدیل می‌کنند. یکی از پرکاربردترین این آی‌سی‌ها، دیکدر تبدیل کد Binary Coded Decimal) BCD) به کد «نمایشگر هفت قسمتی» یا «سِوِن‌سگمنت» (7Segment) است.

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 0 تا 9) و کاراکترهای‌ هگزادسیمال (از A تا F) بر روی سون‌سگمنت، لازم است که ترکیب خاصی از این LED ها روشن شوند. «دیکدرهای نمایشگر» (Display Decoders) همانند 74LS47 که یک مبدل BCD به سون‌سگمنت است دقیقاً همین کار را انجام می‌دهند.

• بخش‌های اول، دوم، سوم، چهارم و پنجم این مجموعه مطلب را می‌توانید با کلیک روی هر یک از لینک‌های مربوطه مطالعه کنید.

یک سون‌سگمنت استاندارد 8 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 LED ها 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 1 منطقی اعمال کنیم.
2. «نمایشگر آند مشترک» یا Common Anode Display) CAD): در یک نمایشگر آند مشترک، تمامی پایه‌های آند LED ها پس از اتصال به یکدیگر، به ولتاژ HIGH یا 1 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 0 منطقی اعمال کنیم.

نحوه‌ی اتصال LED ها 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 LED ها را روشن کنیم.

ساختمان داخلی نمایشگر سون‌سگمنت

به عنوان مثال برای نمایش عدد 3 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.

فیلم آموزش مبانی الکترونیک دیجیتال – بخش یکم در فرادرس

کلیک کنید

جدول صحت یک نمایشگر سون‌سگمنت

همانگونه که مشخص است برای نمایش ارقام 0 تا 9 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 LED ها نیاز داریم. همچنین از آنجا که اساساً هر سگمنت یک دیود نورانی یا LED استاندارد است، لازم است مدار راه‌انداز به هر کدام از LED ها حداقل 20mA جریان بدهد تا روشن شوند. با توجه به اینکه برای نمایش عدد 8 لازم است همه‌ی هفت سگمنت روشن باشند، لذا به طور کلی به جریانی در حدود 140 mA نیاز خواهیم داشت (7×20).

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 8421 BCD نامیده می‌شوند، از تنها 4 بیت داده (یک «نیبل» یا نصف یک بایت) استفاده می‌شود. اما بر خلاف اعداد هگزادسیمال که در محدوده‌ی 0 تا F تغییر می‌کنند، اعداد BCD تنها بین 0 تا 9 تغییر می‌کنند. لذا اعداد باینری 1010 تا 1111 (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 74LS47 یا 74LS48 دارای 4 خط ورودی BCD و 7 خط خروجی هستند که هر کدام از این خروجی‌ها مخصوص یکی از LED های سون‌سگمنت است. مزیت این آی‌سی‌ها در این است که می‌توان تمام ارقام 0 تا 9 را تنها با استفاده از یک عدد باینری 4 بیتی نشان داد. همچنین با کنار هم قرار دادن دو سون‌سگمنت می‌توان اعداد 00 تا 99 را با استفاده از یک داده‌ی 8 بیتی یا یک بایتی نمایش داد.

دیکدر BCD به سون‌سگمنت

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 00 تا 99 اختیار کند.

مثال زیر چگونگی نمایش عدد 4 بر روی سون‌سگمنت را نشان ‌می‌دهد. در این مثال عدد 0100 به عنوان ورودی BCD قرار گرفته است.

مثال شماره 1 دیکدر نمایشگر

در عمل مقاومت‌های 150Ω تا 220Ω 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 74LS48 برای نمایشگرهای LED کاتد مشترک و 74LS47 برای نمایشگرهای LED آند مشترک به کار می‌رود. همچنین CD4543 نیز یک آی‌سی CMOS است که در نمایشگرهای LCD استفاده می‌شود.

بزرگترین مزیت LCD ها در مقایسه با LED ها 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.

بخش بعدی مجموعه مقالات «منطق ترکیبی» وبلاگ فرادرس را می‌توانید از طریق این لینک مطالعه کنید؛ ضمناً اگر مطلب بالا برای شما مفید بوده است، ممکن است آموزش‌های زیر نیز برای‌تان کاربردی باشند.

• مجموعه آموزش های مدارهای منطقی (طراحی دیجیتال)
• گنجینه فرادرس های آموزش الکترونیک دیجیتال و سیستم های برنامه پذیر
• مجموعه آموزش‌های مهندسی برق
• آموزش جامع سیستم‌های باینری

^^