Thiết kế mạch giải mã led 7 đoạn cathode chung dùng ic 7447

Giải mã led 7 đoạn cathode chung

Mặc dù màn hình 7 đoạn có thể được coi là một màn hình duy nhất, nhưng nó vẫn là bảy đèn LED riêng biệt trong một gói duy nhất và do đó, các đèn LED này cần được bảo vệ khỏi dòng quá mức. Đèn LED chỉ phát sáng khi được tạo mạch hướng thuận với lượng ánh sáng phát ra tỷ lệ thuận với dòng điện hướng thuận.

Điều này có nghĩa là cường độ sáng của đèn LED tăng lên theo cách tuyến tính với dòng điện tăng lên. Vì vậy, dòng điện hướng thuận này phải được kiểm soát và giới hạn ở một giá trị an toàn bằng một điện trở ngoài để ngăn ngừa hư hỏng cho các đoạn LED.

Điện áp đỉnh hướng thuận qua một đoạn LED màu đỏ rất thấp, khoảng 2-2,2 vôn (đèn LED màu xanh dương và trắng có thể lên tới 3,6 vôn), vì vậy để chiếu sáng đúng cách, các đoạn LED phải được kết nối với một nguồn điện áp vượt quá giá trị điện áp hướng thuận này với một điện trở nối tiếp được sử dụng để giới hạn dòng điện hướng thuận ở một giá trị mong muốn.

Thông thường đối với màn hình 7 đoạn màu đỏ tiêu chuẩn, mỗi đoạn LED có thể kéo khoảng 15 mA để chiếu sáng đúng cách, vì vậy trên một mạch logic số 5 vôn, giá trị của điện trở giới hạn dòng điện sẽ khoảng 200Ω ((5v – 2v)/15mA), hoặc 220Ω để gần với giá trị ưu tiên cao hơn.

Vì vậy, để hiểu cách các đoạn của màn hình được kết nối với một điện trở giới hạn dòng 220Ω, hãy xem xét mạch dưới đây.

Thiết kế mạch giải mã led 7 đoạn cathode chung dùng ic 7447

Trong ví dụ này, các đoạn của màn hình anot chung được chiếu sáng bằng các công tắc. Nếu công tắc a được đóng, dòng điện sẽ chảy qua đoạn “a” của đèn LED đến điện trở giới hạn dòng điện được kết nối với chân a và đến 0 vôn, tạo thành mạch. Sau đó, chỉ đoạn a sẽ được chiếu sáng. Vì vậy, một điều kiện LOW (công tắc đến mặt đất) là cần thiết để kích hoạt các đoạn LED trên màn hình anot chung này.

Nhưng giả sử chúng ta muốn số thập phân “4” chiếu sáng trên màn hình. Sau đó, các công tắc b, c, f và g sẽ được đóng để chiếu sáng các đoạn LED tương ứng. Tương tự đối với số thập phân “7”, các công tắc a, b, c sẽ được đóng. Nhưng việc chiếu sáng màn hình 7 đoạn bằng các công tắc riêng lẻ không thực tế lắm.

Màn hình 7 đoạn thường được điều khiển bởi một loại IC (mạch tích hợp) đặc biệt được gọi là bộ giải mã/điều khiển 7 đoạn, chẳng hạn như CMOS 4511. Bộ điều khiển màn hình 7 đoạn này, được gọi là bộ giải mã BCD (Mã Thập phân Nhị phân) sang màn hình 7 đoạn và bộ điều khiển, có khả năng chiếu sáng cả màn hình anot chung hoặc catot chung. Nhưng còn có nhiều bộ điều khiển màn hình đơn và đôi khác như TTL 7447 rất phổ biến.

Bộ giải mã BCD sang 7 đoạn này nhận đầu vào BCD bốn bit được ghi là A, B, C và D cho các chữ số của trọng số nhị phân 1, 2, 4 và 8 tương ứng, có bảy đầu ra sẽ cho phép dòng điện chảy qua các đoạn thích hợp để hiển thị chữ số thập phân của màn hình LED số.

Các đầu ra số của CD4511 khác với các đầu ra CMOS thông thường vì chúng có thể cung cấp đến 25mA dòng điện mỗi đầu ra để điều khiển trực tiếp các đoạn LED, cho phép sử dụng và điều khiển các màn hình LED có màu khác nhau.

Trong mạch đơn giản này, mỗi đầu ra anot của màn hình LED catot chung được kết nối trực tiếp với bộ giải mã/điều khiển 4511 thông qua một điện trở giới hạn dòng điện. Các catot của mỗi đoạn LED được kết nối nội bộ với mặt đất. Các đầu vào nhị phân A, B, C và D của 4511 là thông qua bốn công tắc cơ khí ON/OFF. Khi tất cả các công tắc ở vị trí mở, điện áp trên bốn điện trở 1kΩ là không (0V) vì chúng được kết nối trực tiếp với mặt đất. Điều này ngăn chặn bất kỳ kích hoạt sai khi bất kỳ công tắc nào ở vị trí mở.

Sau đó, chúng ta có thể thấy rằng bằng cách sử dụng một bộ điều khiển màn hình 7 đoạn BCD như CMOS 4511 hoặc TTL 7447, chúng ta có thể điều khiển màn hình LED bằng chỉ bốn công tắc (thay vì 8 công tắc trước đây) hoặc một tín hiệu nhị phân 4 bit cho phép tối đa 16 tổ hợp khác nhau.

Hầu hết các thiết bị số đều sử dụng Màn hình 7 đoạn để chuyển đổi tín hiệu số sang dạng có thể hiển thị và dễ hiểu cho người dùng. Thông tin này thường là dữ liệu số dưới dạng số, ký tự và ký hiệu. Màn hình 7 đoạn anot chung và catot chung tạo ra số cần thiết bằng cách chiếu sáng các đoạn riêng lẻ trong các tổ hợp khác nhau.

Màn hình 7 đoạn LED rất phổ biến trong số những người đam mê Điện tử vì chúng dễ sử dụng và dễ hiểu. Trong hầu hết các ứng dụng thực tế, màn hình 7 đoạn được điều khiển bởi một IC giải mã/điều khiển phù hợp như CMOS 4511 hoặc TTL 7447 từ đầu vào BCD 4 bit. Ngày nay, màn hình 7 đoạn LED đã được thay thế phần lớn bằng màn hình tinh thể lỏng (LCD) tiêu thụ ít dòng điện hơn.

Bảng Chân lý hay Giải mã – Cho loại catot chung bộ giải mã BCD sang bảy đoạn:

Lưu ý :

• Đối với loại màn hình 7 đoạn LED anot chung, chúng ta chỉ cần đảo ngược tất cả ‘0’ và ‘1’ ở phía đầu ra, tức là (cho a, b, c, d, e, f và g thay thế tất cả ‘1’ bằng ‘0’ và ngược lại) và giải bằng K-map.
• Đầu ra cho tổ hợp đầu vào đầu tiên (A, B, C và D) trong Bảng Chân lý tương ứng với ‘0’ và tổ hợp cuối cùng tương ứng với ‘9’. Tương tự, phần còn lại tương ứng từ 2 đến 8 từ trên xuống dưới.
  Số BCD chỉ trong phạm vi từ 0 đến 9, do đó các đầu vào còn lại từ 10-F là đầu vào không hợp lệ.

Giải thích – Đối với tổ hợp mà tất cả các đầu vào (A, B, C và D) đều bằng không (xem Bảng Chân lý), các đường đầu ra của chúng ta là a = 1, b = 1, c = 1, d = 1, e = 1, f = 1 và g = 0. Vì vậy, màn hình 7 đoạn hiển thị ‘không’ làm đầu ra. Tương tự, đối với tổ hợp mà một trong các đầu vào là một (D = 1) và phần còn lại là không, các đường đầu ra của chúng ta là a = 0, b = 1, c = 1, d = 0, e = 0, f = 0 và g = 0. Vì vậy, Chỉ có các đèn LED ‘b’ và ‘c’ (xem sơ đồ ở trên) sẽ sáng và màn hình 7 đoạn hiển thị ‘một’ làm đầu ra. K-Maps:

#cho a:

#cho b:

#cho c:

#cho d:

#cho e:

#cho f:

#cho g: