Wkretak.pl Multipleksowanie wyświetlaczy LED
Dodane przez Ravender dnia 20.04.2008 15:31
Po początkowych zabawach przy pisaniu programów mrugających diodami, przychodzi ochota na tematy bardziej skomplikowane. Bardzo często następnym takim etapem jest wykorzystanie wyświetlaczy Led, wyświetlających cyfry bądź znaki. Jeden wyświetlacz Led ma 9 nóżek, a co jeśli chcielibyśmy wykorzystać takich wyświetlaczy 4 (np. przy budowie zegara)? W artykule przedstawię technikę multipleksowania.

Wyświetlacze Led

Wyświetlacze led możemy spotkać praktycznie wszędzie: w zegarach, samochodzie, kuchence mikrofalowej, telewizorze. Ich głównymi zaletami są: niska cena, prosta obsługa, różne wymiary, widoczność w nocy.

multipleksowanie

Tak na prawdę wyświetlacz led to nic innego jak połączone ze sobą diody led. Każda dioda odpowiada jednemu segmentowi wyświetlacza (oznaczane najczęściej literami od A do G, plus kropka). Charakterystyczną cechą takich wyświetlaczy jest to, że diody w nich są ze sobą połączone anodami, bądź katodami. Dlatego mówi się "wyświetlacz ze wspólną katodą" bądź "wyświetlacz ze wspólną anodą".

multipleksowanie

Ta połączona końcówka służy do zapalania bądź gaszenia wyświetlacza. By "uruchomić" wyświetlacz ze wspólną katodą (zwany od teraz WzwK), należy do końcówki przyłożyć minus, natomiast w wyświetlaczu ze wspólną anodą (zwany od teraz WzwA) plus.

By zapalić poszczególny segment wyświetlacza, należy doprowadzić do któregoś wyprowadzenia odpowiedni sygnał. Dla WzwK będzie to plus, a dla WzwA minus, czyli odwrotnie niż do nóżek odpowiedzialnych za załączenie całego wyświetlacza.

multipleksowanie

Jak pisałem w artykule Oświetlenie Led, diody led są sterowane prądowo. Dlatego także w tym przypadku do każdego segmentu należy dobrać odpowiedni rezystor ograniczający prąd, dla danego napięcia do którego wyświetlacz jest podłączony. Przykładowo jeśli wyświetlacz podłączymy do napięcia 5V, należy dobrać rezystor 5V-2V/0.02A =150R. Aby zmniejszyć jasność należy dać trochę większy rezystor, jak np. na poniższym rysunku 240R.

multipleksowanie

Tranzystory

Wspólną anodę lub katodę wyświetlacza możemy podłączyć na stałe do odpowiednich potencjałów. Jednak poprzez takie działanie nie mamy możliwości wyłączania wyświetlacza według naszych potrzeb, przykładowo programowo z mikrokontrolera.

Zanim jednak przejdziemy dalej załóżmy, że zapalamy wszystkie diody w wyświetlaczu. Przez każdą diodę płynie prąd około 0.02A (dla zasilania 5V i rezystora 250R). Łatwo policzyć, że dla 8 zapalonych diod (A-G plus kropka), prąd na przykładowo katodzie będzie równy 8x0.02A = 0.16A = 160mA. Obciążalność portu mikrokontrolera to wartość około 30mA więc od razu widać, że po podłączeniu wspólnej katody do nóżki mikrokontrolera możemy spodziewać się atrakcji w postaci spalonego portu. Dlatego też nie można podłączać bezpośrednio wspólnej katody czy anody do mikrokontrolera.

multipleksowanie

Z pomocą przychodzą nam tranzystory. Te najczęściej stosowane (BC337, BC547 itd) potrafią przewodzić prąd rzędu 500mA więc wystarczy spokojnie dla naszego wyświetlacza.

Dla wyświetlaczy ze wspólną katodą, stosuje się tranzystory NPN (np. BC337).
Dla wyświetlaczy ze wspólną anodą, stosuje się tranzystory PNP (np. BC327).

Na bazy tranzystorów należy dać rezystory o wartości około 10k. Schematy połączeń dla obu typów wyświetlaczy przedstawiam niżej:

multipleksowanie

Multipleksowanie

Słowo multipleksowanie można tłumaczyć jako "przełączanie". Chcąc wyświetlić przykładowo liczbę 3948, musimy użyć czterech wyświetlaczy (po jednym na cyfrę). Oznacza to użycie 4x 7segmentów = 28 pinów. Przy wykorzystaniu multipleksowania wystarczy użyć 7 pinów + 4 do sterowania wyświetlaczami (po jednym na wyświetlacz) = 11 pinów. Schemat niżej przedstawia sposób połączenia wyświetlaczy. Jak widać, takie same segmenty poszczególnych wyświetlaczy połączone są ze sobą.

Cała dowcip polega na wysyłaniu tej samej informacji (cyfry) na wszystkie wyświetlacze, ale zapalanie tylko jednego. Przy dość szybkim przełączaniu wyświetlaczy ma się wrażenie, że świecą się wszystkie na raz. Zasadę działania przedstawia poniższa animacja wyświetlająca w zwolnionym tempie liczbę 2437. Sygnałem sterującym (aktywnym) w tym układzie jest poziom niski (niski - białe kółka, wysoki - czerwone).

multipleksowanie

Impulsy sterujące wyświetlaczami podajemy na tranzystory, które włączają poszczególne wyświetlacze. Aby nie było widać mrugania wyświetlaczy, pojedynczy segment powinien mrugać z częstotliwością około 65-100Hz.

Zapraszam do zapoznania się z praktycznym sposobem wykorzystania multipleksowania w artykule: Multipleksowanie wyświetlaczy LED w C .