Чарльз Платт – Электроника для начинающих (2-е издание) (страница 52)

В индикаторе с общим анодом ситуация обратная: сегменты активируются при подаче на каждый из них отрицательного напряжения, а положительные электроды соединены все вместе внутри компонента. Таким образом можно выбрать тип индикатора, подходящий для конкретной схемы, однако дисплеи с общим катодом более распространены.

Заметьте, что сегменты обозначены строчными латинскими буквами от а до g. Буквами dp обозначен десятичный разделитель. Эта система общепринята почти во всех технических паспортах (хотя в некоторых для десятичного разделителя используется буква h).

Пока все понятно, но есть один важный момент: как и все светодиоды, сегменты числового дисплея необходимо защищать токоограничительными резисторами. Это создает неудобства, и может возникнуть вопрос, почему производитель не встроил эти резисторы. Ответ таков: индикатор предназначен для широкого диапазона напряжения, а номиналы резисторов зависят от этого напряжения.

Хорошо. Но почему мы не можем использовать один резистор на все сегменты, возможно, между выводом 3 и отрицательной шиной? В принципе это можно сделать, но ток через такой резистор (и падение напряжения на нем) будет разный для различного количества светящихся сегментов, в зависимости от того, какая цифра отображается. Для цифры «1» светятся только два сегмента, в то время как для цифры «8» – все семь. Соответственно, некоторые цифры будут выглядеть ярче, чем другие.

Так ли это важно? В нашем случае, поскольку это лишь пробный вариант, простота важнее безупречности. Если вы посмотрите на рис. 4.60, то увидите, что я установил только один резистор 680 Ом внизу справа, между светодиодным индикатором и отрицательной шиной. Подход неправильный, но поскольку далее у вас будет три семисегментных дисплея, то я думаю, что вам больше понравится монтировать три резистора вместо 21.

Счетчик

Микросхема 4026В называется десятичным счетчиком, поскольку отсчет ведется десятками. Большинство счетчиков имеет кодированный выход; это означает, что они выдают числа в двоично-кодированном формате (о котором я расскажу позже). Данный счетчик работает не так. У него семь выходов и сигнал на них соответствует правильному отображению какого-либо числа на семисегментном дисплее. Другим счетчикам для перевода двоичного выходного сигнала в код семисегментного индикатора необходим специальный декодер, к микросхеме 4026В такой индикатор можно подключать непосредственно.

Это очень удобно, однако микросхема 4026В является устаревшим КМОП-компонентом с ограниченной мощностью. В техническом паспорте указан максимальный выходной ток не более 5 мА с любого вывода микросхемы при питании от 9 В.

В идеале можно подать сигналы с выхода КМОП-счетчика на транзисторы, а к ним подключить сегменты светодиодного индикатора. Вы можете купить микросхему с семью парами транзисторов как раз для этой цели. Она называется матрицей Дарлингтона. (А если вам необходимо отображать десятичный разделитель? Нет проблем. Можно купить другую матрицу Дарлингтона с восьмью парами транзисторов.)

Я тоже мог бы использовать три микросхемы с матрицей Дарлингтона, чтобы управлять тремя светодиодными дисплеями, но это увеличило бы сложность и стоимость, и мне понадобились бы две макетные платы. Поэтому я решил, что проще установить слаботочные светодиодные индикаторы, которые можно запитать напрямую от счетчика. Они не такие яркие, но справляются с поставленной задачей. Я выбрал номинал резистора равным 680 Ом, потому что он должен ограничивать ток до 5 мА с любого вывода микросхемы счетчика; он также понижает напряжение на светодиодах примерно на 2 В (значение зависит от количества сегментов, которые светятся).

Теперь я немного подробнее расскажу о внутреннем устройстве микросхемы 4026В. Микросхемы счетчиков способны выполнять несколько полезных функций. Взгляните на рис. 4.65, где показана цоколевка и назначение выводов микросхемы.

Рис. 4.65. Расположение выводов микросхемы счетчика 4026В, который предназначен для управления семисегментным одноразрядным светодиодным индикатором

Активный уровень сигнала на выходах – высокий. Максимальный ток на выходе составляет 5 мА (при напряжении питания 9 В). Выходы активизируются (сегменты индикатора загораются) при подаче высокого уровня на вход «Включение дисплея» (контакт 3). При подаче на тактовый вход положительного перепада счет увеличивается на единицу. Активный уровень входов «Отключение тактирования» (контакт 2) и «Сброс» (контакт 15) высокий. Состояние выхода переноса (контакт 5) меняется с низкого на высокое при переходе счетчика от комбинации «9» к «О». Сигналы на выходе переноса и контакте 14 не зависят от состояния входа «Включение дисплея» (контакт 3).

Функции выводов с обозначениями вроде «К сегменту а» легко понять. Вы просто пускаете провод от каждого вывода микросхемы к соответствующему выводу вашего светодиодного индикатора. Если вы посмотрите на рис. 4.60, то увидите, что каждый из зеленых проводов соединяет выходы счетчика с входами дисплея.

Контакты 8 и 16 микросхемы предназначены для подключения к отрицательной и положительной шинам питания, соответственно. Почти у всех цифровых микросхем питание подается подобным образом, с противоположных углов (за исключением таймера 555 – хотя на самом деле он относится к аналоговым микросхемам).

Поскольку рис. 4.65 содержит информацию, которая сейчас вам может не понадобиться, но пригодится в будущем, я привел упрощенный вид счетчика и дисплея на рис. 4.66, опустив выводы, которые нам пока не потребуются.

Взгляните на контакт 15, вывод сброса. Теперь посмотрите на рис. 4.60. Кнопка подключена таким образом, чтобы при нажатии на нее на контакт 15 поступало положительное напряжение. Это напряжение проходит по плате к кнопке по красным перемычкам, о которых я упоминал ранее.

Когда кнопка отпущена, положительное напряжение на выводе сброса счетчика отсутствует. В то же время резистор 10 кОм постоянно соединяет контакт 15 с отрицательной шиной макетной платы. Это понижающий или стягивающий резистор. Он понижает напряжение на выводе почти до нуля, пока вы не нажмете кнопку, и тогда положительное входное напряжение «преодолеет» отрицательное смещение, подаваемое через резистор. Не забывайте, что при отсутствии вполне определенного напряжения на каждом входе цифровой микросхемы вы получите случайные, необъяснимые и сбивающие с толку результаты на выходе. Я уже упоминал об этом ранее, но должен акцентировать внимание на этой теме, потому что это очень распространенная причина ошибок.

Рис. 4.66. Упрощенное изображение микросхемы и дисплея, в том виде, как они будут показаны на макетной плате

Правила подключения цифровых микросхем:

• Чтобы удерживать вход в нормально высоком состоянии, соедините его с положительной шиной через резистор номиналом 10 кОм (по крайней мере, для схем из этой книги). Если вам необходимо понизить напряжение на входе, включите параллельно резистору переключатель или другое устройство, которое напрямую соединено с отрицательной шиной.

• Чтобы удерживать вход в нормально низком состоянии, подключите его к отрицательной шине через резистор 10 кОм. Если вам необходимо повысить уровень на входе, параллельно резистору соедините переключатель или другое устройство, создающее соединение напрямую с положительной шиной.

• Все входы микросхемы-счетчика должны быть подключены к чему-либо. Не допускайте, чтобы входы оставались «плавающими»!

• Неиспользуемые выходы должны оставаться неподключенными.

Еще один момент. Иногда микросхема имеет вход, который нам совсем не нужен. У микросхемы 4026В, например, контакт 3 отвечает за включение дисплея. Мне необходимо, чтобы дисплей был включен постоянно, и поэтому я подключил этот контакт напрямую к положительной шине по принципу «подключил и забыл».

• Если вы не будете использовать какой-либо вход, он, тем не менее, должен иметь определенное состояние. Вы можете напрямую подключить его к положительной или отрицательной шине источника питания.

Теперь я поясню функции оставшихся контактов микросхемы 4026В.

На тактовый вход (контакт 1) подается импульсная последовательность. Длительность импульсов не имеет значения. Микросхема откликается, добавляя единицу к счету каждый раз, когда входное напряжение изменяется от низкого уровня к высокому.

Отключение тактирования (контакт 2) дает команду счетчику блокировать тактовый вход. Как и все другие выводы микросхемы, этот вывод активен в высоком состоянии; это означает, что он выполняют свою функцию, когда на него подан положительный уровень напряжения. На макетной плате (см. рис. 4.60) я временно пустил синий и желтый провода, чтобы удерживать вывод 2 в низком состоянии. Другими словами, тактирование разрешено.

Подытожу ситуацию:

• Когда на выводе отключения тактирования присутствует высокий уровень, счет останавливается (запрещен).

• Когда напряжение на выводе отключения тактирования понижается до нуля, счет разрешен.

Вход включения дисплея (контакт 3) я уже описывал.

Выход включения дисплея (контакт 4) здесь не используется. Текущее состояние вывода 3 транслируется через вывод 4, чтобы вы смогли передать его на другие микросхемы 4026В.